מֵידָע

מה הרציונל מאחורי הקפאת הביצים אם אפשר לשכפל תאים?

מה הרציונל מאחורי הקפאת הביצים אם אפשר לשכפל תאים?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

נראה לי שיש הרבה דיונים סביב הנושא של מישהו מקפיא לה את הביצים.

אבל מה שאני לא מבין הם כדלקמן:

  1. למה שתקפיא את הביצים שלך כשאתה יודע שהטכנולוגיה להפוך תא סומטי לביצה כיום קיימת, או שהיא לא רואה כאן?

  2. האם הוכח שהקפאה לא משנה את הפעילות הביולוגית ומכאן לא מפחיתה את הסיכוי ללדת ילד בעל מום?

לי זה נראה הרבה יותר קל ובטוח (וזול יותר) לייצר גמטות נשיות באופן מלאכותי מאשר להקפיא אותן, ו-10 שנים מאוחר יותר, לבטל את ההקפאה ולקוות שהן עדיין יהיו פעילות ביולוגית.


למה להקפיא את הביצים שלך?

עבור 1, אישה עשויה לרצות להקפיא את הביציות שלה אם היא צריכה לדחות את הלידה. דף זה בוחן מספר סיבות מדוע, למשל, "נשים שרוצות או צריכות לדחות את הלידה כדי לרדוף אחרי מטרות חינוכיות, קריירה או אישיות אחרות".. בנוסף, הוא בוחן כמה הסברים בסיסיים של התהליך, אם אתה מעוניין. אם לאישה יש ספקות לגבי הפוריות שלה בעוד 10 שנים (אם אתה משתמש במשפט האחרון שלך כדוגמה), למשל אם היא אובחנה לאחרונה כחולה בסרטן, או שהיא צריכה לסיים לימודים אך מוכנה להיות מחויבת ללדת תינוק בעוד יותר מ לאחר 9 חודשים, אז היא עשויה להחליט להקפיא את ביציותיה לזמן שבו היא מתאימה יותר ללדת, תוך שימוש בזמן שבו גוּף מתאים יותר לייצור ביצים.

האם להקפאה יש השפעות שליליות?

באשר לשאלתך השנייה, אותו עמוד אכן מזכיר הקפאה מוצלחת של עובר למשך 10 שנים ב-196 מעלות צלזיוס, ללא השפעות שליליות על הלידה הסופית.

בלי קשר, בחינת הסיכונים מגלה שההחלטה אם הפרקטיקה נתפסת כחיובית או שלילית עדיין עומדת בגדר - צדדים שונים טוענים לדעות שונות, שכן נראה שאין אמת אובייקטיבית לגבי השפעות שליליות מוכחות.

הסיכונים המתוארים על ידי מרפאה זו שווים את הדעת, אם כי מינימאלית בהשוואה לסיכון של ילדים בעלי מום, אולם היא עדיין בחירה פופולרית, אם כי הוצגה כ"ניסויית ". מחקר זה (2010, Rudick וחב') הראה כיצד בארה"ב כבר הוצע שימור הקפאה ב-283 מתוך 442 מרפאות פוריות שנסקרו. 1/3 מהסיבות לבחירה היו לנשים חולות סרטן, ו-2/3 האחרות היו לנשים עם 'גיל האם מתקדם'.

ה- ACOG (המכללה האמריקאית למיילדות וגינקולוגים), בשנת 2013, הצהיר כי הם אינם תומכים בהקפאת ביציות "למטרה היחידה של עקיפת הזדקנות הרבייה בנשים בריאותעם זאת, ה-ASRM (האגודה האמריקאית לרפואת רבייה) הסירה את תוויתה כ"ניסיוני" בשנת 2012. המאמר המקושר בעבר מתאר מחקר שנערך על ידי ASRM, אשר "נסקרו נתונים מארבעה מחקרים אקראיים מבוקרים ומחקרים תצפיתיים שונים שהשוו בין שיעורי הפריה, שיעורי השתלת עוברים ושיעורי הריונות של ביציות טריות לעומת ביציות שהוקפאו", וגם 'לא הראו עלייה במומים מולדים, הפרעות התפתחותיות או הפרעות כרומוזומליות כאשר נערכו מחזורי הפריה חוץ גופית עם ביציות קפואות, מה שהוביל את החברה להכריז על הטכניקה יעילה ובטוחה'.

סיכום

שאלתך היא מעט רחבה, וניתן לענות עליה על ידי הבחירה הסובייקטיבית של האישה/הנשים המעורבות, אולם ה-ASRM עדיין מדגיש כי "עלינו להמשיך בזהירות בשימוש זה כטכניקה בחירה", על ידי יצירת קו ברור בין 'צריך' ל'רוצה'. עם זאת, אין הוכחות להראות ששיעורי החריגות גבוהים יותר בשימוש בשיטה זו, אך בהתחשב בעובדה שזו עדיין נוהג חדש למדי המשווק בתור בחירה במקום טיפול רפואי, יש ספקנות באוויר אם שיווק עיצובים מדעיים ורפואיים כ'בחירה' בלבד עבור נשים מבוגרות יוביל לכך שהטכנולוגיה הזו תהיה טובה יותר או גרועה יותר.

בנוסף, על הערתך שהוא "פחות יקר", אתר זה מראה כי העלות הממוצעת של הפריה חוץ גופית בארה"ב היא כיום כ -10,000 - 20,000 דולר, בעוד שהאתר הראשון שקישרתי (כאן) מעריך את העלות בכ -10,000 דולר כדי לעבור מחזור הקפאת ביצים. אם כי, המחירים ישתנו ממרפאה למרפאה. ללא קשר, המחירים עדיין דומים, והבחירה נעוצה בכך שהאישה בוחרת לשלם ולהקפיא ביציות אם, למשל, היא אובחנה לאחרונה כחולה בסרטן, או חוששת שלא תהיה פוריה בעוד 5+ שנים.

אני מקווה שתשובה זו הספיקה במענה לשאלותיך, ואם יש לך שאלות נוספות, אתה מוזמן לשאול אותי :)

מקורות:


ייצור עוברים

ליזט א. מדיסון , . Wenbiao Chen, בשיטות בביולוגיה של התא, 2011

2 הקרנה לאירועי מלכודת ג'ין

חצו דגים מוזרקים של מלכודת גנים בודדת לדג מסוג בר.

אסוף ביצים מהזדווגות מוצלחות. אני.

החזק את דגי מלכודת הגנים במיכל קטן נפרד.

סקר לקרינה 1.

עם 24 כ"ס, 48 כ"ס ו-5 dpf. אני.

בדוק אם יש פלואורסצנטיות בשני הערוצים האדומים והצהובים.

שמור עוברים עם ביטוי חלבון ניאון וגדל אותם לבגרות. ניתן לבודד DNA גנומי מביופסיות סנפיר הזנב בגיל 6 שבועות לזיהוי הוספה.

אם זמינים יותר מ-10 עוברים עם דפוס ביטוי זהה ממצמד יחיד, ניתן להשתמש ב-1-3 עוברים לזיהוי ההחדרה ואת השאר ניתן להעלות לבגרות.


הנדסה גנטית אנושית

הטכנולוגיה הגנטית טומנת בחובה את הפוטנציאל לשנות את המין האנושי לנצח. פרויקט הגנום האנושי שייסתיים בקרוב יעצים מדענים גנטיים עם ספר הוראות ביולוגי אנושי. הגנים בכל התאים שלנו מכילים את הקוד לחלבונים המספקים את המבנה והתפקוד לכל הרקמות והאיברים שלנו. ידיעת הקוד השלם הזה תפתח אופקים חדשים לטיפול ואולי לריפוי מחלות שנשארו מסתוריות במשך אלפי שנים. אבל יחד עם השימוש הראוי לשבח והחמלה בטכנולוגיה גנטית מגיע רוח הרפאים של מטרות מפוקפקות ומטרות מרושעות כאחד.

עבור חלקם, הפוטנציאל לשימוש לרעה הוא סיבה מספקת לסגירה מלאה של הדלת - היתרונות פשוט לא שווים את הסיכונים. במאמר זה, אני אוהב לחקור את יישום הטכנולוגיה הגנטית על בני אדם ולהחיל את החוכמה המקראית על הביצות האתיות בסופו של דבר שאינן רחוקות במיוחד. בסעיף זה נחקור את הדרכים השונות שבהן ניתן להנדס בני אדם.

מאז שהכנסנו גנים זרים לעוברים של עכברים, פרות, כבשים וחזירים במשך שנים, אין שום סיבה טכנולוגית להציע שזה לא יכול להיעשות גם בבני אדם. נכון לעכשיו, ישנן שתי דרכים להמשיך בהעברת גנים. האחת היא פשוט לנסות להקל על הסימפטומים של מחלה גנטית. זה כרוך בטיפול גנטי, בניסיון להעביר את הגן הרגיל רק לאותן רקמות המושפעות ביותר מהמחלה. לדוגמה, דלקות הסימפונות הן הגורם העיקרי למוות מוקדם בחולים עם סיסטיק פיברוזיס (CF). הריאות של חולי CF מייצרות ריר סמיך המספק מצע צמיחה נהדר לחיידקים ווירוסים. אם ניתן להחדיר את הגן התקין לתאי הריאות, אולי ניתן לשפר גם את איכות החיים וגם את כמות החיים שלהם. אבל זה לא תרופה מלאה והם עדיין יעבירו את הגן CF לילדיהם.

על מנת לרפא מחלה גנטית יש להחליף את הגן הפגום בכל הגוף. אם הפגם הגנטי מתגלה בעובר מוקדם, ניתן להוסיף את הגן בשלב זה, מה שמאפשר לגן הנורמלי להימצא בכל הרקמות כולל רקמות הרבייה. טכניקה זו שימשה להוספת גנים זרים לעכברים, כבשים, חזירים ופרות.

עם זאת, נכון לעכשיו, לא ידוע על שום מעבדה שמנסה את הטכנולוגיה המפותחת הזו בבני אדם. הביולוג המולקולרי של פרינסטון לי סילבר מציע שתי סיבות. 1 ראשית, אפילו בבעלי חיים, זה עובד רק 50% מהזמן. שנית, גם כאשר הוא מצליח, כ-5% מהמקרים, הגן החדש מוצב באמצע גן קיים, ויוצר מוטציה חדשה. כרגע הסיכויים הללו אינם מקובלים על מדענים ובמיוחד על לקוחות פוטנציאליים שמקווים להנדסה גנטית של צאצאיהם. אבל אלה רק בעיות של טכניקה. סביר להניח שניתן להתגבר על קשיים אלו בעזרת מחקר נוסף.

האם יש להשתמש בהנדסה גנטית לריפוי מחלות גנטיות?

השימוש העיקרי בהנדסה גנטית אנושית נוגע לריפוי מחלות גנטיות. אבל גם לזה צריך לגשת בזהירות. בוודאי בתוך תפיסת עולם נוצרית, הקלה על סבל בכל מקום אפשרי היא ללכת בצעדים של ישו. אבל אילו מחלות? כמה רחוק צריך לתת ליכולת שלנו להתערב בחיים ללכת? עד כה ריפוי גנטי נבדק בעיקר עבור מחלות מתישות ובסופו של דבר קטלניות כמו סיסטיק פיברוזיס.

ניסוי הריפוי הגנטי הראשון בבני אדם תיקן הפרעה חיסונית מסכנת חיים בילדה בת שנתיים, שעכשיו עשר שנים מאוחר יותר, מצבה טוב. הטיפול הגנטי דרש עשרות פניות אך חסך למשפחה חשבון של 60,000 דולר לשנה עבור טיפול תרופתי הכרחי ללא הטיפול הגנטי. 2 לאחרונה, שישה עשר חולי לב, שממש חיכו למוות, קיבלו תמיסה המכילה עותקים של גן שמפעיל את צמיחת כלי הדם בהזרקה ישר ללב. על ידי גידול כלי דם חדשים סביב עורקים סתומים, כל שישה עשר הראו שיפור ושישה שוחררו לחלוטין מהכאב.

בכל אחד מהמקרים הללו בוצע טיפול גנטי כמוצא אחרון למצב קטלני. נראה כי זה נופל בקלות בגבולות הרפואיים של חיפוש ריפוי ובו בזמן לא גורם נזק. הבעיה תתעורר כאשר יחפשו טיפול גנטי כדי להקל על מצב שהוא פחות מסכן חיים ואולי נחשב על ידי חלקם כאחד מחוסר הנוחות של החיים, כמו גן שעשוי להציע עמידות לאיידס או עשוי לשפר את הזיכרון . גנים כאלה ידועים כעת ורבים טוענים כי מטרות אלו יהיו וצריכות להיות זמינות לטיפול גנטי.

ההיבט הבעייתי ביותר של ריפוי גנטי היה קביעת השיטה הטובה ביותר להעברת הגן לתאים הנכונים ולפתות אותם לשלב את הגן בכרומוזומים של התא. רוב החוקרים השתמשו בצורות נכה של וירוסים המשלבים באופן טבעי את הגנים שלהם בתאים. כל תחום הריפוי הגנטי ספג נסיגה קשה בספטמבר 1999 עם מותו של ג'סי גלסינגר שעבר טיפול גנטי בגלל מחסור תורשתי באנזים באוניברסיטת פנסילבניה. 3 ככל הנראה ג'סי סבל מתגובה חיסונית חמורה ומת ארבעה ימים לאחר שהוזרק לו הנגיף המהונדס.

אותו וקטור וירוס שימש בבטחה באלפי ניסויים אחרים, אבל במקרה זה, לאחר שחרור ערימות של נתונים קליניים ותשובות לשאלות במשך יומיים, החוקרים לא הבינו עד תום מה השתבש. כמו כן, נמצא כי 4 מוסדות אחרים לא הצליחו להגיש דיווחים מיידיים כנדרש על אירועי לוואי חמורים בניסויים שלהם, מה שגרם לבדיקת הקונגרס. 5 כל זה אמור להצביע על כך שהתשובות לבעיות הטכניות של ריפוי גנטי לא נענו וההתקדמות תאט ככל שהנחיות ונהלי דיווח ייבדקו ויבדקו מחדש.

האם תיקון הבעיה הגנטית שלי ימנע אותה מצאצאי?

התשובה הפשוטה היא לא, לפחות לעתיד הנראה לעין. ריפוי גנטי מכוון כיום לרקמות הקיימות אצל ילד או מבוגר קיים. הדבר עשוי להקל או לחסל את הסימפטומים של אותו אדם, אך לא ישפיע על ילדים עתידיים. כדי להשיג תיקון לדורות הבאים, ריפוי גנטי יצטרך למקד את תאי הנבט, הזרע והביצית. זה מציב בעיות טכניות רבות בזמן הנוכחי. יש גם חשש אמיתי מאוד לגבי קבלת החלטות גנטיות עבור הדורות הבאים ללא הסכמתם.

חלקם יבקשו לעקוף את הקשיים הללו על ידי ביצוע טיפול גנטי בעוברים מוקדמים לפני התמיינות רקמות. זה יאפשר את שילוב הגן החדש בכל הרקמות, כולל איברי הרבייה. עם זאת, תהליך זה אינו עושה דבר להקל על מצבם של אלה שכבר סובלים ממחלה גנטית. כמו כן, כפי שהוזכר מוקדם יותר השבוע, הליך זה יעמיד את העוברים בסיכון בלתי מתקבל על הדעת בשל שיעור הכישלון המובנה והנזק הפוטנציאלי לעובר.

דרך נוספת להשפיע על טיפול גנטי בקו הנבט תהיה כרוכה בשילוב של טיפול גנטי ושיבוט. 6 עובר, מופרה בַּמַבחֵנָה, מהזרע והביצית של זוג בסיכון לאנמיה חרמשית, למשל, ניתן היה לבדוק את הגן של תאי חרמש. אם העובר יראה חיובי, ניתן היה להסיר תאים מהעובר המוקדם הזה ולגדל אותם בתרבית. לאחר מכן יתווסף הגן המוגלובין התקין לתאים מתורבתים אלה.

אם ניתן היה לשכלל את הטכניקה של שיבוט אנושי, אז אחד מהתאים הללו יכול להיות משובט ליצירת פרט חדש. אם השיבוט היה מוצלח, התינוק שהתקבל יהיה תאום זהה של העובר המקורי, רק עם הגן של תאי חרמש מוחלף בגן ההמוגלובין הרגיל. זה יגרום לתינוק בריא ותקין. לרוע המזל, העובר הראשוני הוקרב כדי לאפשר את הנדסת התאום הזהה שלו, פשרה בלתי מתקבלת על הדעת מבחינה אתית.

אז מה שראינו, הוא שגם ריפוי גנטי אנושי אינו פתרון לטווח ארוך, אלא זמני ואינדיווידואלי. אבל אפילו בסליחה על השימוש בריפוי גנטי למטרות טיפוליות, עלינו להיזהר שמי שעבורם טיפול גנטי אינו זמין מסיבות אתיות או כספיות, לא יידחקו הצידה. יהיה קל להימנע מבעלי פגמים לא מתוקנים פחות מהרצוי או אפילו פחות מאדם. אכן, יש הרבה על מה לחשוב.

האם יש להשתמש בהנדסה גנטית כדי לייצר בני אדם?

יש לשקול לפחות את האפשרות שמישהו או ממשלה כלשהי ישתמשו בכלים החדשים של הנדסה גנטית כדי ליצור גזע עליון של בני אדם. אנחנו צריכים להדגיש, עם זאת, שאנחנו פשוט לא יודעים אילו גורמים גנטיים קובעים תכונות רצויות כמו יכולת אתלטית, אינטליגנציה, מראה ואישיות. מה שבטוח, לכל אחד מאלה יש מרכיב משמעותי שעשוי להיות זמין למניפולציה גנטית, אבל זה בטוח לומר שהידע שלנו על כל אחת מהתכונות הללו נמצא בחיתוליו.

גם כשהידע על תחומים אלה גדל, תכונות גנטיות אחרות עשויות למנוע את הנדסתן. עד כה, לגנים מעטים יש רק יישום בודד בגוף. רוב הגנים מתגלים כבעלי השפעות מרובות, לפעמים ברקמות שונות. לכן, הנדסת גן לשיפור תכונה מסוימת-נניח זיכרון-עלולה לגרום מבלי משים לרגישות מוגברת להתמכרות לסמים.

אבל מה אם ב-50 עד 100 השנים הבאות, ניתן לצפות רבים מהלא ידועים הללו ולהתאפשר הנדסה לתכונות מועילות. למה אנו יכולים לצפות? החשש שלנו הוא שללא ניתוב מחדש של תפיסת העולם של התרבות, תהיה נטייה הולכת וגוברת לרצות להשתלט על האבולוציה של המין האנושי. האנשים הרבים רואים את זה, אנחנו פשוט קופי אדם זקופים ובעלי מוח גדול. אין דבר כזה מוח עצמאי. המוח שלנו הופך פשוט למבנה פיזי של המוח. בעוד שהמוח בהחלט מסובך ורמת ההבנה שלנו לגבי המנגנון המורכב שלו גדלה מדי יום, יש המקווים שבעתיד אולי נבין מספיק כדי לשנות את מי ומה אנחנו כמין כדי לעמוד בדרישות העתידיות של הישרדות.

אדוארד או. ווילסון, אנטומולוג מהרווארד, מאמין שבקרוב נעמוד בפני דילמות גנטיות קשות. בגלל ההתקדמות הצפויה בריפוי גנטי, לא רק שנוכל לחסל או לפחות להקל על מחלות גנטיות, אולי נוכל לשפר יכולות אנושיות מסוימות כמו מתמטיקה או יכולת מילולית. הוא אומר, “בקרוב עלינו להתבונן עמוק בתוכנו ולהחליט מה אנחנו רוצים להיות.” 7 כבר בשנת 1978, וילסון הרהר בצורך הסופי שלנו “להחליט כמה אנושיים אנחנו רוצים להישאר.” 8

באופן מפתיע, וילסון צופה כי הדורות הבאים יבחרו רק בתיקון של מחלה משביתה ויפסיקו עם שיפורים גנטיים. עם זאת, הרציונל היחיד שלו הוא שאלה. “מדוע צריך מין לוותר על הליבה המכוננת של קיומו, שנבנה על ידי מיליוני שנים של ניסוי וטעייה ביולוגיים?” 9 ווילסון הוא אופטימי בתמימות. יש כבר קולות רמים הטוענים שהאדם יכול להנדס בכוונה את עתידנו ה“אבולוציוני” טוב יותר מאשר מוטציות מקריות וברירה טבעית. הזמן לשנות את מסלול הרכבת האיטית הזו להרס הוא כעת, לא מאוחר יותר.

האם עליי להיות מסוגל לקבוע את מין הילד שלי?

קשה לענות על רבות מהשאלות הנוגעות לשימוש אתי בשיטות הנדסה גנטית בכן או לא פשוט. זה אחד מהם. התשובה סובבת סביב השיטה המשמשת לקביעת בחירת המין ותזמון הבחירה עצמה.

לדוגמה, אם מינו של העובר נקבע ונחשב לא רצוי, ניתן לתקן אותו רק על ידי הפסקת העובר או העובר, במעבדה או ברחם על ידי הפלה. יש כל סיבה לאסור את התהליך הזה. ראשית, חיים תמימים הוקרבו. עקרון קדושת חיי האדם דורש שלא יהרגו חיים תמימים חדשים מסיבה כלשהי מלבד הצלת חיי האם. שנית, אפילו במדינה שבה הפלות הן חוקיות, אפשר היה לקוות כי יונחו הגבלות למניעת נטילת חיים פשוט מכיוון שזהו המין הלא נכון.

עם זאת, קיימים הליכים שיכולים להפריד בין זרע הנושאים את כרומוזום Y לאלו הנושאים את כרומוזום X. ביצים המופרות על ידי זרע הנושא את ה- Y יהיו זכרים, וביצים המופרות על ידי זרע הנושא את ה- X יהיו נקבות. אם דגימת הזרע ששימשה להפריה של ביצית נבחרה עבור כרומוזום Y, אתה פשוט מגדיל את הסיכויים ללדת ילד (

90%) על בחורה. כל עוד בני הזוג מוכנים לקבל ילד או ילדה ולא ישליכו את העובר או הפלו את התינוק אם זה המין הלא נכון, קשה לומר שיש לאסור הליך כזה.

אחת הסיבות להשתמש בהליך זה היא להפחית את הסיכון למחלה גנטית הקשורה למין. עיוורון צבעים, המופיליה ותסמונת X שביר יכולים לנבוע ממוטציות בכרומוזום X. לכן, זכרים (עם כרומוזום X אחד בלבד) נוטים יותר לסבול מתכונות אלה כאשר האם היא נשאית או שהאב מושפע. (אצל נקבות, כרומוזום ה-X השני בדרך כלל נושא את הגן הנורמלי, ומסווה את הגן שעבר מוטציה בכרומוזום ה-X השני.) בחירה לילדה על ידי בחירת זרע מפחיתה מאוד את האפשרות ללדת ילד עם אחת מהמחלות הגנטיות הללו.שוב, קשה להתווכח נגד הרצון להפחית את הסבל כשחיים לא נקטעו.

אבל עלינו לשאול, האם קביעת המין על ידי בחירת זרע חכם? זוג שכבר יש לו בן ופשוט רוצה ילדה שתאזן את המשפחה שלו, נראה תמים מספיק. אבל למה זה חשוב? מה מניע את הרצון הזה? זה מסוכן לקחת יותר ויותר שליטה על חיינו ולהשאיר את ריבונות האל הרחק מאחור. זה לא מצב של חיים ומוות או אפילו הפחתת סבל.

אבל למרות שזה עשוי להיות קשה למצוא משהו שגוי ברצינות בבחירת מין, קשה גם למצוא בזה משהו טוב. גם כאשר המטרה היא להימנע ממחלה הקשורה למין, אנו מסתכנים בתקשורת עם אחרים שנפגעו ממחלות אלו מכיוון שהם הָיָה יָכוֹל נמנעו, חייהם איכשהו פחות יקרים. כך שאמנם זה לא יכול להיות זהיר לאסור שיטות כאלה, אבל בהחלט אין להתקרב אליה כלאחר יד.

1 לי סילבר, עדכון מחדש: שיבוט ומעבר בעולם חדש ואמיץ, ניו יורק, ניו יורק: Avon Books, p. 230-231.

2 לאון ג'רוף, סיפורי הצלחה, זְמַן, 11 בינואר 1999, עמ '. 72-73.

3 סאלי לרמן, טיפול בנגיפים שנחקר לאחר מוות בטיפול גנטי, טֶבַע כרך 401 (7 באוקטובר 1999): 517-518.

4 אליוט מרשל, מוות בריפוי גנטי מנחה סקירה של וקטור אדנוווירוס, מַדָע כרך 286 (17 בדצמבר 1999): 2244-2245.

5 מרדית וואדמן, ניו יורק, תחת אש באשמת ניסויים בטיפול גנטי, טֶבַע כרך 403 (20 בינואר 1999): 237.

6 סטיב מירסקי וג'ון רני, מה המשמעות של שיבוט עבור ריפוי גנטי, סיינטיפיק אמריקן, יוני 1997, עמ'. 122-123.

8 אדוארד ווילסון, אוn טבע האדם, קיימברידג ', מסה: הוצאת אוניברסיטת הרווארד, עמ'. 6.


סקר שנערך לאחרונה באתר Canadian Horse Journal שאל את השאלה: האם יש לשבט סוסים?

כ -83 אחוזים מהנשאלים אמרו לא, לא עד שנעשו יותר מחקרים 15 אחוז אמרו אולי, במצבים מיוחדים עם פרמטרים קפדניים רק שני אחוזים אמרו שכן, ויש לאפשר רישום של שיבוטים.

פעם התפיסה היקרה של סופרי מדע בדיוני, השיבוט עלה לבמה העולמית ב-22 בפברואר 1997 כאשר הוכרז שדולי הכבשה, כבשה ששובטה במכון רוסלין במידלות'יאן, סקוטלנד, נולדה ב-5 ביולי 1996. דולי הייתה היונק הראשון ששוכפל בהצלחה מתא מבוגר. היא התגוררה במכון עד מותה ב-2003.

דולי בעטה בדלתות האסם המדעיות כדי לפתוח את הדרך לכל מיני יונקים משובטים. הגיעו "תאומים" של חתולים, חולדות, צבאים, בקר, זבובי פירות, ארנבות ואחרים. ואז, ב -4 במאי 2003, נולד הפרד הראשון והפרד הראשון, Idaho Gem, באוניברסיטת איידהו. אחריו הגיעו במהירות שני "אחים" משובטים, יוטה פיוניר שנולד ב-9 ביוני ואיידהו סטאר שנולד ב-27 ביולי.

Idaho Gem הגיע רק שבועיים לפני לידתו של הסוס המשובט הראשון, פרומתאה, סייח האפלינגר יליד 28 במאי 2003, במעבדה לטכנולוגית רבייה, קרמונה, איטליה. הסוס המשובט הראשון בצפון אמריקה, פריס טקסס, הופק על ידי אוניברסיטת טקסס A & ampM בשנת 2005.

בשנת 2006 שוכב הסוס המרוץ לחביות, סקמפר, והסוס "התאום" שלו הפך לסוס המשובט הראשון שעמד על חתיך בארה"ב. בשנת 2010 נולד סוס קריולו בארגנטינה, שיבוט הסוסים הראשון שיוצר בדרום אמריקה. .

אבל מהו בעצם שיבוט, והאם הסוס המשובט זהה ממש לחיה המקורית?

"אנחנו מנצלים שני דברים", מסבירה ד"ר קטרין הינריצ'ס, פרופסור ומנהלת פטסי לינק ללימודי רבייה של סוסים במכללה לרפואה וטרינרית ומדעי ביו-רפואה, אוניברסיטת טקסס A&M. "אחד, לגרעין של כל תא בגוף יש את אותו DNA שמקודד כיצד לייצר את החיה כולה. שתיים, הביצית (ביצה) מוכנה להכין עובר, ארוז מלא בכל מה שיידרש עבור העובר במשך שלושת עד ארבעה ימי ההתפתחות הראשונים. ההליך הבסיסי הוא רק וריאציה על מה שקורה בדרך כלל בהפריה. בדרך כלל, לביצית יש חצי משלים של DNA והזרע נכנס לביצית ומביא את החצי השני של ה-DNA הדרוש. ואז, עם מערכת שלמה של DNA, הביצה מתחילה להתפתח לעובר. בשיבוט, אנו מסירים את ה-DNA מהביצית ואז מציגים תא [מהסוס התורם] הנושא השלמה מלאה של DNA. ואז אנו מסמנים את הביצה שתתחיל להתפתח לעובר ".

עובר משובט שהתפתח לשלב בו ניתן להעבירו בהצלחה לרחם של סוסה מקבלת. לוקח כשבעה עד שמונה ימי תרבות להגיע לשלב זה, ובדרך כלל יש בו 100 עד 500 תאים בשלב זה. תמונה באדיבות Texas A&M University

Hinrichs מסביר שלמרות שאין שינויים בגנטיקה (DNA) של הסוס המשובט, ניתן להשתמש בגנים שבשיבוט אחרת - מופעלים יותר או פחות ממה שהיו במקור. לכן, במידה משתנה, השיבוט יהיה שונה במקצת מהמקור.

"לפעמים השליה לא עובדת כמו שצריך", היא מוסיפה, "וזה יכול להשפיע על בריאות הסייח ​​בעת הלידה, לגרום לו להיות חלש או שיש לו חבל טבור גדול".

ככל שאנשים עשויים לחשוב שסוס משובט הוא כפיל של המקור, לא בהכרח נובע מכך שהוא יכול לעשות את מה שהמקור שלו - המכונה לעתים קרובות "התאום" שלו - יכול לעשות. אם הסייח ​​היה חלש בלידתו או אם הוא נולד עם רגליים עקומות (כפי שיכול לקרות עם כל סייח רגיל בגלל מיקומו ברחם או גמישות הממברנות סביבו), ייתכן שלסייח אין את התכונות הספורטיביות של המקור סוּס. בנוסף, היכולת הספורטיבית היא גם תוצר של הסביבה, הטיפול, הניהול וההכשרה של החיה.

לכל סוס יש אופי ייחודי משלו, שוב מעוצב על ידי חוויותיו המצטברות, החשיפה והטיפול שלו. לדברי הינריקס, לא היו עד כה מחקרים על עד כמה הסוס המשובט דומה לתאום המקורי שלו. תפיסה מוטעית, היא אומרת, היא שהשיבוט ייצר את אותה חיה עם אותם זכרונות וחוויות. זה פשוט לא אפשרי. שיבוט מייצר תאום זהה גנטית אך כמו לכל קבוצת תאומים, לכל אחד יהיו זיכרונות וחוויות משלו.

"גילינו שלכל אחד מהלקוחות שלנו יש לעתים קרובות סיבה ייחודית לעניין השיבוט שלו", אומר בלייק ראסל, נשיא ViaGen בסידר פארק, טקסס. "אנחנו מייצרים מספרים דומים מכל מגדר ועדיין משכפלים גנטיקה מסוסים גדולים ומוכחים. יש מקרה משכנע לשכפל את המובחרות, בין אם בילו את חייהן כסוסה, סוס, או סוס. "

ViaGen היא חטיבה של Trans Ova Genetics ומציעה שירותי שיבוט וטכנולוגיה מתקדמת לכל המינים שאינם פרימטיים. היא מציעה את שירות שיבוט הסוסים שלה כבר 13 שנים. במהלך אותה תקופה היא ייצרה 200 סייחים ולחברה יש רישיונות בברזיל ובארגנטינה המייצרים סייחים משובטים, חלקם לשוק פולו.

הסיבה השכיחה ביותר לשיבוט היא לשמר את הגנטיקה הייחודית של אתלט סוסים עילית בין אם בקפיצות ראווה, פולו או מרוצי חביות. רבים מהסוסים הללו הם סוסים או סוסות. אמנם ניתן לגדל סוסות, אבל סוסים כמובן לא יכולים. אם משובטים בעלי חיים יקרי ערך אלה, ניתן לשמור את תאומם לצורכי רבייה בלעדיים.

"סוסים משובטים יכולים להתרבות", אומר הינריך. "הם בעצם סוסים נורמליים. גידול הוא הסיבה העיקרית שאנשים משבטים סוסים [על מנת] לחסוך גנטיקה יקרת ערך כדי שיוכלו לייצר סייחים מהקווים האלה. סיבה נפוצה מאוד לשיבוט היא כי סוס אלוף מצוין הוא מטור. על ידי שיבוט אותו, תוכל לשמור על הגוון המשובט על כנו ולאחר מכן תוכל 'להתרבות' לגורן באמצעות השיבוט שלו. "

היא מוסיפה, עם זאת, ששיבוט הוא הליך קשה מבחינה טכנית שיש לו דרישה עצומה מבחינת עלויות הציוד, הצורך בכוח אדם מומחה וגישה לאספקת ביציות. בימים הראשונים שבהם פרולטאה נלעלה, ניסו החוקרים ב -841 ביצים משוחזרות. מתוכם, 22 צמחו לעוברים הניתנים להעברה, ומתוך 17 עוברים שהועברו לסוסות מקבלות, רק פרומטאה הובלה ונולדה.

Lynx Melody Too הוא הסייח ​​המשובט של סוסת AQHA, Lynx Melody, אלופת העולם באיגוד הסוסים החותכים הלאומיים. התמונה באדיבות ViaGen

"האתגרים המוקדמים התמקדו סביב טיפול והעברה של עוברים", אומר ראסל. "כשויאגן החלה להציע שיבוט סוסים, טכנולוגיית עוברי הסוסים עדיין הייתה מאוד סביב השימוש בעוברים טריים. ViaGen פיתחה בהצלחה טכנולוגיית הקפאת עוברים באיכות גבוהה, וכיום, 100 אחוזים מעוברי הסוסים שלנו נשמרים באמצעות קריאה ונשלחים למקומות העברת העוברים שלנו. ViaGen מעבירה את רוב עוברי הסוסים שלנו בטקסס למרפאת וטרינרים שעובדת איתנו יותר מעשר שנים ”.

בשנה הראשונה של ViaGen, הם ראו כמה סייחים עם גידים מכווצים וכמה סייחים אבדו ממגוון סיבות, מה שהוביל לשינויים בתהליך הטכני. ראסל אומר שרבים ממוסדות המחקר נאבקו בבריאות הסייח ​​מיד לאחר הלידה. האתגר המשמעותי ביותר שנותר הוא שיפור שיעור ההריון. עם זאת, שיעורי ההצלחה גבוהים כעת כאשר סייחים משובטים בריאים נולדים שאינם דורשים טיפול מיוחד. החברה מבטיחה לסייח בן 60 יום, מאומת גנטי, בריא ובלתי ניתן לביטוח עבור לקוחותיהם.

באופן מובן, לשיבוט יש גורם מתפתל. פריצות דרך במדע הניחו אסטרטגיות רבייה מגרות בהישג ידם של אנשים. אבל רק בגלל שאתה יכול, זה אומר שאתה צריך?

עבור אנשים מסוימים, הטענה היא פשוט שזה פשוט לא מרגיש נכון להתנסות עם אמא טבע. קיים חשש ממשי שהתגובת הנגדית בהמשך הדרך היא ששכיחות המחלה תוביל למוטציות גנטיות וכי רבייה חוזרת ונשנית עבור קו ו/או משמעת ספציפיים עלולה להוביל לצוואר בקבוק גנטי המסכן את המגוון הבריא של הגזע.

גם שיבוט לא מתאים לכל ארגון גזע. מועדון הג'וקי לא ירשום גזע מלא משובט, ואף לא ירשום כל סוס שהגה בשיטה אחרת מלבד כיסוי חי.

לאחרונה זכתה איגוד ה-American Quarter Horse בתביעה לאחר שנתבעה על ידי בעלים של Quarter Horses המשובטים וצאצאיהם בגין פעילות הגבלים עסקיים.

"הבעלים גבר בבית המשפט הפדרלי בארה"ב", אומר ראסל. "עם זאת, ה-AQHA ערער וזכה לביטול בבית המשפט לערעורים. לכן, AQHA רשאית להמשיך את ההגבלה שלהם נגד רישום סוסי הרובע המשובטים וצאצאיהם ".

עם זאת, ראסל אומר שרוב הרישום הבינלאומיים קיבלו בברכה סוסים משובטים וצאצאיהם במרשם שלהם, ורואים בטכנולוגיית השיבוט פשוט עוד כלי רבייה שישמש באחריות מגדלים כדי לקדם את יעדי הביצועים שלהם. "נראה כי להחלטת ה- AQHA אין השפעה רבה על ההחלטות של רישומים אחרים ברחבי העולם. ViaGen ממשיכה לספק שירותי שיבוט למספר רב של בעלי AQHA והם משתמשים בטכנולוגיה כדי לשחזר את ה-DNA של סוסי ה-AQHA המובחרים שלהם. רוב האירועים מלבד מרוצי סוסים מקבלים בברכה סייחים המיוצרים בטכניקות גידול מתקדמות. ViaGen מספקת את השירותים שלנו גם לבעלים של רוב הגזעים האחרים ברחבי העולם, כולל גזעים המשמשים למטרות שאינן מרוצים, סוסי ספורט אולימפיים, סוסי פולו, סוסי מירוץ חבית, סוסי חיתוך וכו'.

לשבוט יש ערך רחב יותר ברבייה של בעלי חיים, במיוחד בשימור קווים גנטיים להגנה על חיות בר.

"ההצדקה העיקרית שאני רואה לשיבוט היא שמירה על גנטיקה כמו במטרים יקרי ערך או במקרה של מינים או גזעים נדירים או בסכנת הכחדה, כך שתוכל להרחיב את מאגר הגנים", אומר הינריך. "אתה יכול להשתמש בתאים מבעלי חיים שמתו לפני עשרות שנים (אם התאים התאוששו לפני או עם המוות והוקפאו) שאינם מיוצגים באוכלוסייה כיום".

גן החיות הקפוא במחקר שימור גני החיות בסן דייגו שומר בחומרים גנטיים של מינים בסכנת הכחדה מאז 1976. על פי אתר האינטרנט שלהם, כרגע 15,000 דגימות זרע מ -1,232 זכרים בודדים המייצגים 309 מינים מאוחסנים במתקן. בנוסף, ביציות (ביצים) של 381 נקבות מ -177 מינים נשמרות גם הן לקריאה לצורך הפריה והעברת עוברים. תאים קפואים המנוהלים כראוי נשארים קיימא במשך עשרות שנים. כדוגמה, חוקריהם הצליחו להשיג הפריה מוצלחת על ידי הזרקת ביציות הקרנף הלבן הדרומי בסכנת הכחול עם זרע קפוא במשך למעלה מ -20 שנה.

ב -15 בספטמבר 2008, הודיע ​​הבנק הגנטי הצרפתי, קריוזוטק, על הולדתו של התאילן התאומים, שיבוט של הכדור הגזע, Gem Twist, הנחשב לאחד ממקפיצי הראווה הטובים בהיסטוריה. בשנת 2012 נולד הסייח ​​הראשון של מזל תאומים. תמונה באדיבות ViaGen

בנוסף, נמצאות באוסף גם תרבויות תאים קיימות של יותר מ -9,000 בעלי חיים בודדים המייצגים כמעט 1,000 מינים. דגימות דנ"א ורקמות מבוססות נשמרות לצורך מחקרים שיכולים לספק מידע רב ערך לניהול ושימור של אוכלוסיות פרא בעתיד. במאבק בסחר לא חוקי בחלקי חיות בר, ברקודים גנטיים מאפשרים לזהות את המינים המשמשים לייצור תיקים, נעליים או בשר הנסחרים בשווקים עירוניים.

ראסל אומר ש-ViaGen מציעה שירות שימור גנטי כדי לספק אפשרויות לבעלי סוסים, בעלי חיים וחיות מחמד המעוניינים לשמר את היכולת לשקול שיבוט בעתיד.

"יש לנו אלפי בעלי חיים המיוצגים בבנק ההקפאה שלנו, ולעתים קרובות אנחנו משבטים סוסים שה-DNA שלהם נשמר עוד לפני 20 שנה".

הוא מוסיף כי לשיבוט יש ערך כאשר מגדלים מתמודדים עם האתגר של סוסה או סוס תת -פוריות בתוכנית הרבייה שלהם. טכנולוגיה הידועה בשם הזרקת זרע תוך -ציטופלסמית (ICSI) יכולה להועיל כאשר אספקת הזרע הקפואה מוגבלת או שהסוסה לא יכולה לייצר בכוחות עצמה. אך תוצאות ICSI משתנות מאוד ויקרות. הוא אומר כי מסלול השיבוט פותח שיטות רבייה עתידיות קלות יותר כגון הזרעה מלאכותית (AI) או שירות טבעי.

"זה יכול להיות הגיוני הרבה יותר כלכלי לשחזר סוס מוכח שעבר לעומת השקעה בהוצאות המדהימות ובאתגר לנצל טכנולוגיה מיוחדת כמו ICSI בכל גידול", הוא אומר. "אנו מוצאים מצב דומה עם סוסות הזדקנות ואליטה."

שיבוט אינו זול ויש להתייחס אליו כהשקעה לטווח ארוך.

"אנו מציעים כרגע את שירות השיבוט לסוסים תמורת 85 אלף דולר", אומר ראסל. "זה מובטח לייצר סייח בריא, מאומת גנטי ו [מסוגל] לעבור בחינת ביטוח בגיל 60 יום. ViaGen מאפשרת ללקוח לאסוף את הסייח ​​לצד הסוסה המקבלת בגיל 60 יום ובהמשך להחזיר את הסוסה המקבלת כשהסייח ​​נגמל. לאותן סוסות מקבלות וסייח שעוזבים את הארץ, ViaGen מאפשרת ללקוח לשמור על הסוסה המקבלת. ViaGen מסכימה להחזיק את הסייח ​​והסוסה המקבלת עד 60 יום לבדיקה, אך רבים מהלקוחות בוחרים לקחת אותם הביתה מוקדם יותר כדי שיוכלו לגדל אותם במערכת הניהול שלהם".

ViaGen הוכיחה שיש לה רקורד חיובי בכל קו תאים בעשר השנים האחרונות. ככל שסייחים משובטים גדלים ותורמים בעצמם לקריירות הביצועים והייצור, הם רואים עלייה בביקוש.

עבור מגדלים שחושבים על שיבוט, הצעד הראשון הוא דגימת ביופסיה פשוטה שנלקחה על ידי הווטרינר שלהם. ViaGen מספקת ערכת ביופסיה לשימור גנטי. תאים גדלים בתרבית מדגימת הביופסיה ולאחר השלמתם, הם נשמרים בהקפאה לשימוש עתידי. זה שומר על אופציות פתוחות במשך עשרות שנים, ולא צריך להיות צורך לאסוף מחדש דגימת ביופסיה מהסוס. עם זאת, לא ניתן לקחת רקמות מסוס שהורדמה. דמי השירות הם 1,600 $ ודמי האחסון השנתיים הם $ 150 לבעל חיים.

איך בלייק ראסל של ViaGen התחיל בשיבוט

נשיא ViaGen, בלייק ראסל, גדל בעסקי מרוצי סוסים של קווטר ובילה את שנותיו המכוננות עם סוסים. הוא הצטרף לחברה לפני יותר מעשר שנים. יחד עם קבוצה של פרשים מנוסים, הם הרכיבו רשימה של סוסים בעלי ביצועים מעולים, בעלי אילן יוחסין מובחר אך לא הצליחו להתרבות. מירוץ האלופים Quarter Horse Tailor Fit היה בראש הרשימה. הוא נסגר כבן שנה מכיוון שבעליו התעניינו יותר בקריירה במסלול המרוצים מאשר בקריירת גידול. הסכר שלו, חצאית המשי, היה יוצא מן הכלל, ואחיו, סטרופל ספיישל, היה אחד הגדולים.

Tailor Fit המשיך לזכות בתואר המרוצים העולמי AQHA פעמיים והרוויח הרבה יותר ממיליון דולר ומדד מהירות של 110. הוא ייצג את התכונות הרצויות ביותר בסוסי ביצועים עם מבנה עצום, רמת לב ונחישות שנראה רק לעתים רחוקות, ומהירות עילית. ראסל אמר שמבט אחד על אילן היוחסין שלו הראה שתכונות אלה לא הופיעו במקרה, אלא היו תוצאה של מערכת גנים מעולה.

"פניתי לבעלים של Tailor Fit בעקבות פרישתו והיא ביקשה שאתקדם עם שיבוטו מכיוון שנשאתי סביבו את התשוקה לבנות תוכנית רבייה. עשיתי את ההשקעה, וזה היה מסע שקשה לתאר אותו במילים ”.

התוצאה? התאמה טהורה לחייט.

"Pure Tailor Fit (הסוס המשובט) היה בריא ונורמלי מכל הבחינות. האתלטיות שלו לא נמצאת במצעדים, ותכונות האישיות שלו מושכות את כולם אליו כאטרקציית הכוכבים. היבול העתיק ביותר של סייחים של 'Fit' מלאו שנתיים ב-2016, ויש לי 20 מהם אצלנו. אנו מאוד נלהבים מהעתיד שלהם מכיוון שהם כאילו נושאים את התכונות שהתחילו את המסע הזה מלכתחילה ".

Pure Tailor Fit הוא הסוס המשובט בבעלות בלייק ראסל, נשיא ViaGen, טקסס. Pure Tailor Fit שובט מאלוף העולם פעמיים במירוץ Quarter Horse, Taylor Fit. התמונה באדיבות ViaGen

חל איסור על מירוץ הקליפות ב- AQHA מכיוון שלא ניתן לרשום אותם, אך התוכנית של ראסל מיועדת לייצור סוסי מרוצי חביות וסוסי חבלים יוצאי דופן.

"כל יום 'כושר גופני' או אחד מהתינוקות שלו מאשרים את ההחלטה שלנו להחזיר את הייחוס הזה לייצור. לעתים קרובות אנשים מבולבלים משיבוט ואינם מבינים את הערך של תאומים זהים. אחים מלאים אינם השתקפות טובה של כוח השיבוט. Pure Tailor Fit נושא בדיוק אותו ערך רבייה כפי שהייתה Tailor Fit מייצגת אם היה נותן לו להישאר בשלמותו ולהתרבות. היכולת לקחת בעל ביצועים גבוהים עם אילן יוחסין עילית וללא פגמים גנטיים ולהקים תוכנית רבייה היא הסיבה לקיומה של טכנולוגיית השיבוט.

ViaGen Equine משבט סוסי עילית לאולימפיאדים, מגדלים ברמה עולמית ובעלי הספורטאים המובילים בעולם. עם זאת, אני יכול לצאת מדלת הכניסה שלי כל יום ולראות במו עיניי את העוצמה של הטכנולוגיה הזו ”.


תוכן

ניתן לזהות לפחות שישה תחומים עיקריים בקריוביולוגיה: 1) מחקר על התאמת קור של מיקרואורגניזמים, צמחים (קשיחות קרה) ובעלי חיים, חסרי חוליות וחוליות (כולל תרדמה), 2) שימור קרי של תאים, רקמות, גמטות ו עוברים ממוצא מן החי ובני אדם למטרות (רפואיות) לאחסון לטווח ארוך על ידי קירור לטמפרטורות מתחת לנקודת הקפאה של המים. בדרך כלל זה דורש הוספת חומרים המגינים על התאים במהלך הקפאה והפשרה (קריופרוטקנטים), 3) שימור איברים בתנאים היפותרמיים להשתלה, 4) ליופיליזציה (ייבוש בהקפאה) של תרופות, 5) קריו-כירורגיה, פולשני (מינימלי) גישה להרס של רקמה לא בריאה באמצעות גזים/נוזלים קריוגניים, ו-6) פיזיקה של קירור-על, גרעין/גדילה של קרח והיבטים הנדסיים מכניים של העברת חום במהלך קירור והתחממות, כפי שמיושם על מערכות ביולוגיות. קריוביולוגיה תכלול קריוניקה, שימור בטמפרטורה נמוכה של בני אדם ויונקים מתוך כוונה להתעוררות עתידית, למרות שזה לא חלק מהקריוביולוגיה המרכזית, תלוי במידה רבה בטכנולוגיה ספקולטיבית שטרם הומצאה. כמה מתחומי המחקר הללו מסתמכים על קריוגניקה, ענף הפיזיקה וההנדסה החוקר את הייצור והשימוש בטמפרטורות נמוכות מאוד.

אורגניזמים חיים רבים מסוגלים לסבול פרקי זמן ממושכים בטמפרטורות מתחת לנקודת הקפאה של המים. רוב האורגניזמים החיים צוברים חומרים הגנה מפני קריו כגון חלבונים נוגדי גרעין, פוליאולים וגלוקוז כדי להגן על עצמם מפני נזקי כפור על ידי גבישי קרח חדים. רוב הצמחים, במיוחד, יכולים להגיע בבטחה לטמפרטורות של -4 מעלות צלזיוס עד -12 מעלות צלזיוס.

עריכת חיידקים

שלושה מיני חיידקים, Carnobacterium pleistocenium, Chryseobacterium greenlandensis, ו Herminiimonas glaciei, על פי הדיווחים קמו לתחייה לאחר ששרדו אלפי שנים קפואים בקרח. חיידקים מסוימים, בעיקר Pseudomonas syringae, מייצרים חלבונים מיוחדים המשמשים כגרעיני קרח רבי עוצמה, בהם הם משתמשים בכדי לכפות יצירת קרח על פני הפירות והצמחים השונים בטמפרטורה של -2 מעלות צלזיוס. [1] ההקפאה גורמת לפציעות באפיתליה והופכת את חומרי המזון ברקמות הצמחים הבסיסיות לזמינות לחיידקים. [2] ליסטריה גדל לאט בטמפרטורות נמוכות כמו -1.5 מעלות צלזיוס ונמשך זמן מה במזונות קפואים. [3]

עריכת צמחים

צמחים רבים עוברים תהליך שנקרא התקשות המאפשר להם לשרוד בטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס במשך שבועות עד חודשים.

עריכת חיות

חסרי חוליות ערוך

נמטודות ששורדות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס כוללות Trichostrongylus colubriformis ו Panagrolaimus davidi. נימפות ג'וקים (Periplaneta japonicaשורדים תקופות קצרות של הקפאה ב-6 עד -8 מעלות צלזיוס. חיפושית הקליפה האדומה השטוחה (קליפות Cucujus) יכול לשרוד לאחר הקפאה ל-150 מעלות צלזיוס. [4] הימית הפטרייה נוגטוריה של אקסצ'יה יכול לשרוד לאחר הקפאה ל-50 מעלות צלזיוס, על ידי מנגנון ייחודי לפיו נוצרים גבישי קרח בגוף אך לא בראש. עוד חיפושית עמידה בהקפאה היא Upis ceramboides. [5] ראה אקולוגיה של חורף חרקים וחלבון נגד הקפאה. חסר חוליות נוסף שהוא בעל סובלנות קצרה לטמפרטורות עד -273 מעלות צלזיוס הוא הטרדיגרדה.

הזחלים של Haemonchus contortus, נמטודה, יכולה לשרוד 44 שבועות בהקפאה ב-196 מעלות צלזיוס.

חוליות עריכה

לצפרדע העץ (Rana sylvatica), בחורף, עד 45% מגופו עלולים לקפוא ולהפוך לקרח. "גבישי קרח נוצרים מתחת לעור ונעשים רצופים בין שרירי השלד של הגוף. במהלך ההקפאה, נשימת הצפרדע, זרימת הדם ופעימות הלב פוסקות. ההקפאה מתאפשרת על ידי חלבונים וגלוקוז מיוחדים, המונעים הקפאה ותוך התייבשות". [6] [7] צפרדע העץ יכולה לשרוד עד 11 ימים כשהיא קפואה ב -4 מעלות צלזיוס.

חוליות אחרות ששורדות בטמפרטורות גוף מתחת ל 0 ° C כוללות צבים מצוירים (Chrysemys picta), צפרדעי עץ אפורות (הילה ורסיקולור), צבי קופסה (טרפן קרולינה - 48 שעות ב-2 מעלות צלזיוס), מציץ אביבי (מצלב פסאודקריס), נחשים בירית (Thamnophis sirtalis- 24 שעות ב -1.5 ° C), צפרדע המקהלה (Pseudacris triseriata), סלמנדרה סיבירית (Salamandrella keyserlingii - 24 שעות ב -15.3 ° C), [8] לטאה נפוצה אירופאית (Lacerta vivipara) ודגים אנטארקטיקה כגון Pagothenia borchgrevinki. [9] [10] חלבונים נגד הקפאה משובטים מדגים כאלה שימשו כדי להעניק עמידות לכפור לצמחים מהונדסים. [ דרוש ציטוט ]

לסנאים קרקעיים ארקטיים ישנים טמפרטורות בטן נמוכות עד -2.9 ° C (26.8 ° F), ושומרים על טמפרטורות בטן מתחת לאפס במשך יותר משלושה שבועות בכל פעם, למרות שהטמפרטורות בראש ובצוואר נשארות ב -0 ° C ומעלה. [11]

רקע היסטורי ערוך

ניתן לאתר את ההיסטוריה של קריוביולוגיה לימי קדם. כבר בשנת 2500 לפני הספירה שימשו במצרים טמפרטורות נמוכות ברפואה. השימוש בקור הומלץ על ידי היפוקרטס כדי לעצור דימומים ונפיחות. עם הופעת המדע המודרני, רוברט בויל חקר את ההשפעות של טמפרטורות נמוכות על בעלי חיים.

בשנת 1949, זרע השוורים נשמר לראשונה על ידי צוות של מדענים בראשות כריסטופר פולג'. [12] זה הוביל לשימוש רחב בהרבה בשימור הקפאה כיום, עם איברים, רקמות ותאים רבים המאוחסנים באופן שגרתי בטמפרטורות נמוכות. איברים גדולים כגון לבבות מאוחסנים ומועברים בדרך כלל, לזמן קצר בלבד, בטמפרטורות קרירות אך לא קפואות לצורך השתלה. לעיתים ניתן לאחסן תאי תאים (כמו דם וזרע) וקטעי רקמות דקים כמעט ללא הגבלת זמן בטמפרטורת חנקן נוזלי (קריו -שימור). זרע, ביציות ועוברים אנושיים מאוחסנים באופן שגרתי במחקר וטיפולי פוריות. קצב מבוקר והקפאה איטית הן טכניקות מבוססות שהוקמו בתחילת שנות השבעים שאפשרו את הלידה הקפואה הראשונה של העוברים האנושיים (זואי ליילנד) בשנת 1984. מאז, מכונות המקפיאות דגימות ביולוגיות באמצעות שלבים ניתנים לתכנות, או קצבים מבוקרים, שימשו את כולם ברחבי העולם לביולוגיה של בני אדם, בעלי חיים ותאים - 'הקפאת' דגימה כדי לשמר אותה טוב יותר להפשרה בסופו של דבר, לפני שהיא מוקפאת עמוק או נשמרת בחנקן נוזלי. מכונות כאלה משמשות להקפאת ביציות, עור, מוצרי דם, עובר, זרע, תאי גזע ושימור רקמות כללי בבתי חולים, שיטות וטרינריות ומעבדות מחקר. מספר לידות חי מעוברים 'קפואים איטיים' הוא כ -300,000 עד 400,000 או 20% מתוך 3 מיליון בַּמַבחֵנָה לידות מופרות. ד"ר כריסטופר צ'ן, אוסטרליה, דיווח על הריון ראשון בעולם באמצעות ביציות קפואות איטיות ממקפיא בריטי בתעריפים מבוקרים בשנת 1986.

קריוכירורגיה (הרס רקמות מיועד ומבוקר על ידי היווצרות קרח) בוצע על ידי ג'יימס ארנוט בשנת 1845 בניתוח של חולה סרטן. קריאו -כירורגיה אינה נפוצה. [ דרוש ציטוט ]

טכניקות שימור עריכה

קריוביולוגיה כמדע יישומי עוסקת בעיקר בשימור בטמפרטורה נמוכה. אחסון היפותרמי הוא בדרך כלל מעל 0 ° C אך מתחת לטמפרטורות נורמותרמיות (32 ° C עד 37 ° C) ביונקים. האחסון באמצעות שימור קריא, לעומת זאת, יהיה בטווח הטמפרטורות של -80 עד -196 מעלות צלזיוס. איברים ורקמות הם תכופים יותר לאחסון היפותרמי, בעוד שתאים בודדים היו האובייקטים הנפוצים ביותר בשמירה.

כלל אצבע באחסון היפותרמי הוא שכל ירידה בטמפרטורה של 10 ° C מלווה בירידה של 50% בצריכת החמצן. [13] למרות שלבעלי חיים בתרדמת חורף יש מנגנונים מותאמים כדי למנוע חוסר איזון מטבולי הקשור להיפותרמיה, איברים היפותרמיים ורקמות המתוחזקות להשתלה דורשים פתרונות שימור מיוחדים למניעת חמצת, ירידה בפעילות משאבת הנתרן. והגדלת סידן תוך תאי. פתרונות מיוחדים לשימור איברים כגון Viaspan (פתרון אוניברסיטת ויסקונסין), HTK ו- Celsior תוכננו למטרה זו. [14] תמיסות אלו מכילות גם מרכיבים למזעור נזקים מרדיקלים חופשיים, מניעת בצקות, פיצוי על אובדן ATP וכו'.

שימור קריו של תאים מונחה על ידי "השערת שני הגורמים" של הקריוביולוג האמריקאי פיטר מזור, הקובע כי קירור מהיר מדי הורג תאים על ידי היווצרות קרח תוך-תאי וקירור איטי מדי הורגים תאים על ידי רעילות אלקטרוליטית או כתוצאה ממחיקה מכנית. [15] במהלך קירור איטי, קרח נוצר מחוץ לתאי, וגורם למים לעזוב תאים באופן אוסמוטי, ובכך לייבש אותם. קרח תוך -תאי יכול להזיק הרבה יותר מקרח חוץ -תאי.

עבור תאי דם אדומים, קצב הקירור האופטימלי הוא מהיר מאוד (כמעט 100 מעלות צלזיוס לשנייה), ואילו עבור תאי גזע קצב הקירור האופטימלי הוא איטי מאוד (1 מעלות צלזיוס לדקה). הגנה מפני קריו, כגון דימתיל סולפוקסיד וגליצרול, משמשים להגנה על תאים מפני הקפאה. מגוון סוגי תאים מוגנים על ידי 10% דימתיל סולפוקסיד. [16] קריוביולוגים מנסים לייעל את ריכוז ההגנה הקריופרוטונטית (למזער הן את היווצרות הקרח והן את הרעילות) ואת קצב הקירור. ניתן לקרר תאים בקצב אופטימלי לטמפרטורה שבין -30 ל -40 מעלות צלזיוס לפני שהם צוללים בחנקן נוזלי.

שיטות קירור איטיות מסתמכות על כך שהתאים מכילים מעט סוכני גרעין, אך מכילים חומרים המגלגלים באופן טבעי שיכולים למנוע היווצרות קרח בתאים שהתייבשו בינוני. ישנם קריוביולוגים המחפשים תערובות של חומרי מגן קריו לוויטריפיקציה מלאה (אפס היווצרות קרח) לשימור תאים, רקמות ואיברים. שיטות ויטריפיקציה מהוות אתגר בדרישה לחפש תערובות הגנה מפני קריו שיכולות למזער רעילות.

בבני אדם עריכה

גמטות אנושיות ועוברים בני שני, ארבעה ושמונה תאים יכולים לשרוד את שימור הקרינה ב -196 מעלות צלזיוס למשך 10 שנים בתנאי מעבדה מבוקרים היטב. [17]

שימור קריא בבני אדם בכל הנוגע לפוריות כרוך בשימור עוברים, זרע או ביציות באמצעות הקפאה. תְפִישָׂה, בַּמַבחֵנָה, מנסים כאשר מפשירים את הזרע ומכניסים אותם לביצים ה'טריות', מפשירים את הביציות הקפואות ומניחים זרע עם הביציות ויחד מחזירים אותם לרחם או מכניסים לרחם עובר קפוא. לוויטריציה יש פגמים והיא אינה אמינה או מוכחת כמו הקפאת זרע, ביציות או עוברים מופרים כמו שיטות הקפאה איטית מסורתיות, מכיוון שביציות לבדן רגישות מאוד לטמפרטורה. חוקרים רבים גם מקפיאים רקמות שחלות בשילוב עם הביצים בתקווה שניתן לשתול את רקמת השחלה בחזרה לרחם, דבר המעורר מחזורי ביוץ תקינים. בשנת 2004 דיווחה דונז מלוביין בבלגיה על לידת השחלות המוצלחת הראשונה מרקמת שחלות קפואות. בשנת 1997, דגימות של קליפת השחלות נלקחו מאישה הסובלת מלימפומה של הודג'קין והוחזרו בהקפאה במקפיא (מבקר, בריטניה) ולאחר מכן נשמרו בחנקן נוזלי. טיפול כימותרפי החל לאחר שהמטופל סובל מאי ספיקת שחלות מוקדמת. בשנת 2003, לאחר ההקפאה-הפשרה, בוצעה השתלה אוטוטופית של רקמת קליפת השחלות על ידי לפרוסקופיה ולאחר חמישה חודשים, סימני השתלה מחדש הצביעו על התאוששות של מחזורי ביוץ סדירים. 11 חודשים לאחר ההשתלה מחדש, אושר הריון תוך רחמי בר קיימא, שהביא ללידה חיה ראשונה כזו - ילדה בשם תמרה. [18]

היפותרמיה טיפולית, למשל. במהלך ניתוח לב בלב "קר" (שנוצר על ידי זילוף קר ללא היווצרות קרח) מאפשר ניתוחים ארוכים בהרבה ומשפר את קצבי ההחלמה למטופלים.

האגודה לקריוביולוגיה נוסדה בשנת 1964 כדי להפגיש את אלה ממדעי הביולוגיה, הרפואה והפיזיקה שיש להם עניין משותף בהשפעות של טמפרטורות נמוכות על מערכות ביולוגיות. החל משנת 2007, החברה לקריוביולוגיה מנתה כ -280 חברים מרחבי העולם, וחצי מהם מבוססים בארה"ב. מטרת החברה היא לקדם מחקר מדעי בביולוגיה בטמפרטורות נמוכות, לשפר את ההבנה המדעית בתחום זה ולהפיץ וליישם ידע זה לטובת האנושות. החברה דורשת מכל חבריה את הסטנדרטים האתיים והמדעיים הגבוהים ביותר בביצוע פעילותם המקצועית. על פי תקנון האגודה, ניתן לסרב חברות למבקשים שהתנהגותם נחשבת מזיקה לאגודה בשנת 1982, התקנון תוקן במפורש כדי להוציא "כל נוהג או בקשה של הקפאת נפטרים בציפייה להחייאתם מחדש", על רקע ההתנגדויות. של כמה חברים שהיו קריוניסטים, כמו ג'רי ליף. [19] האגודה מארגנת מפגש מדעי שנתי המוקדש לכל ההיבטים של ביולוגיה בטמפרטורה נמוכה. פגישה בינלאומית זו מציעה הזדמנויות להצגה ולדיון במחקרים העדכניים ביותר בקריוביולוגיה, כמו גם סקירת היבטים ספציפיים באמצעות סימפוזיון וסדנאות. החברים מתעדכנים גם בחדשות ובפגישות הקרובות באמצעות עלון החברה, הערות חדשות. נשיא 2011-2012 של החברה לקריוביולוגיה היה ג'ון ה 'קרואו. [20]

האגודה לביולוגיה בטמפרטורה נמוכה נוסדה בשנת 1964 והפכה לארגון צדקה רשום בשנת 2003 [21] במטרה לקדם מחקר על השפעות הטמפרטורות הנמוכות על כל סוגי האורגניזמים והתאים, הרקמות והאיברים המרכיבים אותם. נכון לשנת 2006, היו בחברה כ-130 חברים (בעיקר בריטים ואירופים) והיא מקיימת לפחות אסיפה כללית שנתית אחת. התוכנית בדרך כלל כוללת גם סימפוזיון בנושא אקטואלי וגם הפעלה של תקשורת חופשית על כל היבט של ביולוגיה בטמפרטורה נמוכה. הסימפוזיות האחרונות כללו יציבות ארוכת טווח, שימור אורגניזמים מימיים, שימור בהקפאה של עוברים וגמטות, שימור צמחים, מיקרוסקופיה בטמפרטורה נמוכה, ויטריפיקציה (היווצרות זכוכית של מערכות מימיות במהלך קירור), ייבוש בהקפאה ובניית רקמות. החברים מקבלים מידע באמצעות ניוזלטר האגודה, שמתפרסם כיום שלוש פעמים בשנה.

קריוביולוגיה (מוציא לאור: Elsevier) הוא הפרסום המדעי החשוב ביותר בתחום זה, עם כ -60 תרומות שופטיות המתפרסמות מדי שנה. מאמרים נוגעים לכל היבט של ביולוגיה ורפואה בטמפרטורה נמוכה (למשל הקפאה, ייבוש בהקפאה, תרדמה, סבילות והסתגלות לקור, תרכובות הגנה מפני קריו, יישומים רפואיים של טמפרטורה מופחתת, כירורגיה בהקפאה, היפותרמיה וזלוף של איברים).

אותיות קריו הוא כתב עת עצמאי לתקשורת מהירה, המבוסס בבריטניה, המפרסם מאמרים על ההשפעות שנוצרות על ידי טמפרטורות נמוכות על מגוון רחב של תהליכים ביו-פיזיים וביולוגיים, או מחקרים הכוללים טכניקות של טמפרטורה נמוכה בחקירת נושאים ביולוגיים ואקולוגיים.

שמירה ביולוגית וביו בנקאות (לשעבר טכנולוגיית שימור תאים) הוא כתב עת מדעי רבעוני שפורסם על ידי מרי אן ליברט, בע"מ המוקדש לקשת המגוונת של טכנולוגיות שימור, כולל שימור קריא, מצב יבש (אנהידרוביוזיס) ותחזוקה במצב זכוכית. טכנולוגיית שימור תאים השם שונה שימור ביולוגי וביובנקאות והוא כתב העת הרשמי של החברה הבינלאומית למאגרים ביולוגיים וסביבתיים.


תוכן

מטרה ביו-מולקולרית (בדרך כלל חלבון או חומצת גרעין) היא מולקולת מפתח המעורבת במסלול מטבולי או איתות מסוים הקשור למצב מחלה או פתולוגיה ספציפיים או לזיהומיות או הישרדות של פתוגן מיקרוביאלי. מטרות פוטנציאליות לתרופות אינן בהכרח גורמות למחלות אלא חייבות בהגדרה לשנות את המחלה. [9] במקרים מסוימים, מולקולות קטנות יעוצבו כדי לשפר או לעכב את תפקוד המטרה במסלול שינוי המחלה הספציפי. מולקולות קטנות (למשל אגוניסטים לקולטן, אנטגוניסטים, אגוניסטים הפוכים, או מאפננים או מפעילי אנזים או מעכבי או פותחי תעלות יונים או חוסמים) [10] יתאימו המשלימים לאתר הקישור של המטרה. [11] ניתן לעצב מולקולות קטנות (תרופות) כך שלא ישפיעו על כל מולקולה חשובה אחרת "מחוץ למטרה" (המכונה לעתים קרובות נוגדי מטרות), שכן אינטראקציות בין תרופות עם מולקולות מחוץ למטרה עלולות להוביל לתופעות לוואי לא רצויות. [12] בשל דמיון באתרי הקישור, למטרות הקשורות קשר הדוק שזוהו באמצעות הומולוגיה של רצף יש את הסיכוי הגבוה ביותר לתגובתיות צולבת ומכאן לפוטנציאל תופעות הלוואי הגבוה ביותר.

תרופות לרוב הן מולקולות קטנות אורגניות המיוצרות באמצעות סינתזה כימית, אך תרופות המבוססות על ביו-פולימר (הידועות גם בשם ביו-פרמצבטיקה) המיוצרות בתהליכים ביולוגיים הופכות נפוצות יותר ויותר. [13] בנוסף, לטכנולוגיות השתקת גנים מבוססות mRNA עשויות להיות יישומים טיפוליים. [14]

בניגוד לשיטות מסורתיות לגילוי תרופות (המכונה פרמקולוגיה קדימה), המסתמכות על בדיקת ניסוי וטעייה של חומרים כימיים על תאים או בעלי חיים בתרבית, והתאמת ההשפעות לכאורה לטיפולים, עיצוב תרופתי רציונלי (נקרא גם פרמקולוגיה הפוכה) מתחיל בהשערה כי אפנון של יעד ביולוגי ספציפי עשוי להיות בעל ערך טיפולי. על מנת שביומולקולה תיבחר כמטרה לתרופה, נדרשות שתי פיסות מידע חיוניות. הראשון הוא עדות לכך שאפנון המטרה יהיה שינוי במחלות. ידע זה עשוי לבוא, למשל, ממחקרי הצמדה למחלות המראים קשר בין מוטציות במטרה הביולוגית לבין מצבי מחלה מסוימים. [15] השני הוא שהמטרה "ניתנת לסמים". המשמעות היא שהיא מסוגלת להיקשר למולקולה קטנה ושהפעילות שלה יכולה להיות מווסתת על ידי המולקולה הקטנה. [16]

לאחר שזוהתה מטרה מתאימה, המטרה בדרך כלל משובטת ומיוצרת ומטוהרת. החלבון המטוהר משמש לאחר מכן להקמת מבחן סקר. בנוסף, ניתן לקבוע את המבנה התלת מימדי של המטרה.

החיפוש אחר מולקולות קטנות הנקשרות למטרה מתחיל בהקרנת ספריות של תרכובות תרופות אפשריות. ניתן לעשות זאת על ידי שימוש במבחן ההקרנה ("מסך רטוב"). בנוסף, אם מבנה המטרה זמין, ניתן לבצע מסך וירטואלי של תרופות מועמדות. באופן אידיאלי, תרכובות התרופה המועמדות צריכות להיות "דמויות תרופה", כלומר הן צריכות להיות בעלות תכונות שצפויות להוביל לזמינות ביולוגית דרך הפה, ליציבות כימית ומטבולית נאותה ולהשפעות רעילות מינימליות. [17] קיימות מספר שיטות להערכת דמיון כמו תרופות כמו חוק החמישה של ליפינסקי ומגוון שיטות ניקוד כגון יעילות ליפופילית. [18] מספר שיטות לחיזוי מטבוליזם של תרופות הוצעו גם בספרות המדעית. [19]

בשל המספר הרב של תכונות התרופה שיש לייעל בו זמנית במהלך תהליך העיצוב, לעתים משתמשים בטכניקות אופטימיזציה רב-אובייקטיביות. [20] לבסוף, בגלל המגבלות בשיטות הנוכחיות לחיזוי פעילות, עיצוב תרופות עדיין תלוי מאוד בסרנדיפיות [21] ורציונליות מוגבלת. [22]

המטרה הבסיסית ביותר בתכנון תרופות היא לחזות האם מולקולה נתונה תיקשר למטרה ואם כן באיזו עוצמה.מכניקה מולקולרית או דינמיקה מולקולרית משמשת לרוב כדי להעריך את עוצמת האינטראקציה הבין-מולקולרית בין המולקולה הקטנה למטרה הביולוגית שלה. שיטות אלה משמשות גם לחיזוי ההתאמה של המולקולה הקטנה ולמודל שינויים קונפורמטיביים במטרה שעלולים להתרחש כאשר המולקולה הקטנה נקשרת אליה. ] של המועמד לתרופה שישפיע על זיקת הקישור. [23]

ניתן להשתמש בשיטות מכניקה מולקולרית גם כדי לספק חיזוי חצי כמותי של זיקת הקישור. כמו כן, ניתן להשתמש בפונקציית ניקוד מבוססת ידע כדי לספק הערכות זיקה מחייבות. שיטות אלה משתמשות ברגרסיה לינארית, למידת מכונה, רשתות עצביות או טכניקות סטטיסטיות אחרות כדי להפיק משוואות זיקה מחייבות של חיזוי על ידי התאמת זיקות ניסיוניות לאנרגיות אינטראקציה הנגזרות מחשובית בין המולקולה הקטנה למטרה. [24] [25]

באופן אידיאלי, השיטה החישובית תוכל לחזות זיקה לפני שתרכובת מסונתזת ומכאן שבתיאוריה יש צורך לסנתז רק תרכובת אחת, מה שחוסך זמן ועלות עצומים. המציאות היא ששיטות החישוב הנוכחיות אינן מושלמות ומספקות, במקרה הטוב, רק הערכות מדויקות מבחינה איכותית של זיקה. בפועל זה עדיין לוקח מספר איטרציות של עיצוב, סינתזה ובדיקות לפני גילוי תרופה אופטימלית. שיטות חישוביות האיצו את הגילוי על ידי הפחתת מספר האיטרציות הנדרשות ולעתים קרובות סיפקו מבנים חדשים. [26] [27]

עיצוב תרופות בעזרת מחשבים עשוי לשמש בכל אחד מהשלבים הבאים של גילוי תרופות:

  1. זיהוי פגיעה באמצעות הקרנה וירטואלית (עיצוב המבנה או מבוסס ליגנד) אופטימיזציה של זיקה וסלקטיביות (עיצוב המבנה, QSAR וכו ') של נכסים פרמצבטיים אחרים תוך שמירה על זיקה

על מנת להתגבר על החיזוי הבלתי מספק של זיקה מחייבת המחושבת על ידי פונקציות הניקוד האחרונות, האינטראקציה של חלבון-ליגנד ומידע על מבנה תלת-ממד של המתחם משמשים לניתוח. לצורך עיצוב תרופות המבוססות, פותחו כמה ניתוחים לאחר הקרנה המתמקדים באינטראקציה בין חלבון-ליגנד לשיפור העשרה וכריית מועמדים פוטנציאליים ביעילות:

  • ניקוד קונצנזוס [28][29]
    • בחירת מועמדים על ידי הצבעה של פונקציות ניקוד מרובות
    • עלול לאבד את הקשר בין מידע מבני חלבון-ליגנד לבין קריטריון ניקוד
    • ייצג ואשכול מועמדים על פי מידע תלת-ממדי של ליגנד
    • זקוק לייצוג משמעותי של אינטראקציות חלבון-ליגנד.

    ישנם שני סוגים עיקריים של עיצוב תרופות. הראשון מכונה עיצוב תרופות מבוסס ליגנד והשני, עיצוב תרופות המבוסס על מבנה. [2]

    עריכה מבוססת ליגנד

    עיצוב תרופות מבוסס ליגנד (או עיצוב תרופות עקיפות) מסתמך על ידע של מולקולות אחרות הקשורות למטרה הביולוגית של עניין. ניתן להשתמש במולקולות אחרות אלה להפקת מודל פרמקופור המגדיר את המאפיינים המבניים המינימליים ההכרחיים שעל מולקולה להחזיק בכדי להיקשר למטרה. [32] במילים אחרות, ניתן לבנות מודל של המטרה הביולוגית המבוסס על הידע של מה שנקשר אליו, ומודל זה בתורו עשוי לשמש לעיצוב ישויות מולקולריות חדשות המתקיימות אינטראקציה עם המטרה. לחלופין, מערכת יחסים מבנית-פעילות כמותית (QSAR), שבה ניתן לגזור מתאם בין תכונות מחושבות של מולקולות לבין הפעילות הביולוגית שלהן שנקבעו בניסוי. יחסי QSAR אלה עשויים לשמש בתורם כדי לחזות את הפעילות של אנלוגים חדשים. [33]

    עריכה המבוססת על מבנה

    עיצוב תרופות המבוסס על מבנה (או עיצוב תרופות ישיר) מסתמך על הכרת המבנה התלת ממדי של המטרה הביולוגית המתקבלת בשיטות כגון קריסטלוגרפיה של רנטגן או ספקטרוסקופיה NMR. [34] אם מבנה ניסוי של מטרה אינו זמין, ייתכן שניתן יהיה ליצור מודל הומולוגי של המטרה המבוססת על המבנה הניסיוני של חלבון קשור. באמצעות מבנה המטרה הביולוגית, ניתן לעצב תרופות מועמדות אשר צפויות להיקשר עם זיקה וסלקטיביות גבוהות למטרה באמצעות גרפיקה אינטראקטיבית ואינטואיציה של כימאי רפואי. לחלופין, ניתן להשתמש בהליכי חישוב אוטומטיים שונים כדי להציע מועמדים חדשים לתרופות. [35]

    ניתן לחלק את השיטות הנוכחיות לתכנון תרופות מבוסס מבנה לשלוש קטגוריות עיקריות. [36] השיטה הראשונה היא זיהוי של ליגנדים חדשים לקולטן נתון על ידי חיפוש במאגרי מידע גדולים של מבנים תלת מימדיים של מולקולות קטנות כדי למצוא את אלו שמתאימות לכיס הקישור של הקולטן באמצעות תוכניות עגינה משוערות מהירות. שיטה זו ידועה בשם הקרנה וירטואלית. קטגוריה שנייה היא עיצוב דה נובו של ליגנדים חדשים. בשיטה זו, מולקולות ליגנד נבנות בתוך האילוצים של כיס הכריכה על ידי הרכבת חתיכות קטנות בצורה של שלב. חלקים אלה יכולים להיות אטומים בודדים או שברים מולקולריים. היתרון המרכזי של שיטה כזו הוא שניתן להציע מבנים חדשים, שאינם כלולים באף מסד נתונים. [37] [38] [39] שיטה שלישית היא אופטימיזציה של ליגנדים ידועים על ידי הערכת אנלוגים מוצעים בתוך חלל הקישור. [36]

    עריכת זיהוי אתר מחייב

    זיהוי אתרים מחייב הוא השלב הראשון בעיצוב המבוסס על מבנה. [16] [40] אם מבנה המטרה או הומולוג דומה דיו נקבע בנוכחות ליגנד קשור, אזי הליגנד צריך להיות נצפה במבנה ובמקרה זה מיקום האתר המחייב הוא טריוויאלי. עם זאת, ייתכנו אתרי כריכה אלוסטריים לא מאוכלסים שעשויים לעניין. יתר על כן, יכול להיות שרק מבני אפופרוטאין (חלבון ללא ליגנד) זמינים והזיהוי האמין של אתרים לא מאוכלסים שיש להם פוטנציאל לקשור ליגנדים בעלי זיקה גבוהה אינו טריוויאלי. בקצרה, זיהוי אתר קישור מסתמך בדרך כלל על זיהוי של משטחים קעורים על החלבון שיכולים להכיל מולקולות בגודל תרופה שיש להן גם "נקודות חמות" מתאימות (משטחים הידרופוביים, אתרי קישור מימן וכו') המניעים את קישור הליגנד. [16] [40]

    פונקציות ניקוד עריכה

    תכנון תרופות מבוסס מבנה מנסה להשתמש במבנה של חלבונים כבסיס לתכנון ליגנדים חדשים על ידי יישום עקרונות ההכרה המולקולרית. קישור סלקטיבי עם זיקה גבוהה למטרה רצוי בדרך כלל מכיוון שהיא מובילה לתרופות יעילות יותר עם פחות תופעות לוואי. לפיכך, אחד העקרונות החשובים ביותר לעיצוב או השגת ליגנדים חדשים פוטנציאליים הוא לחזות את הזיקה המחייבת של ליגנד מסוים למטרה שלו (ולאנטיגיטטים ידועים) ולהשתמש בזיקה החזויה כקריטריון לבחירה. [41]

    פונקציית ניקוד אמפירית מוקדמת כללית המיועדת לתאר את האנרגיה המחייבת של ליגנדים לקולטנים פותחה על ידי Böhm. [42] [43] פונקציית ניקוד אמפירית זו לבשה את הצורה:

    Δ G bind = Δ G 0 + Δ G hb Σ h − b o n d s + Δ G יונית Σ i o n i c − i n t + Δ G ליפופילית | א | + Δ G rot N R O T < displaystyle Delta G _ < text>=Delta G_< ext<0>>+Delta G_< ext>Sigma _+Delta G_< ext> Sigma _+ דלתא G _ < טקסט>leftvert A ightvert +Delta G_< ext> < mathit >>

    • ΔG0 - קיזוז נגזר אמפירית התואם בחלקו לאובדן הכולל של אנטרופיה טרנסציונית וסיבובית של הליגנד עם הקישור.
    • ΔGחֲצִי פֶּנסיוֹן - תרומה מהיקשרות מימן
    • ΔGיונית - תרומה מאינטראקציות יוניות
    • ΔGשָׂפָה – תרומה מאינטראקציות ליפופיליות כאשר |Aליפו| הוא שטח פנים של מגע ליפופילי בין הליגנד לקולטן
    • ΔGרָקָב - עונש אנטרופיה עקב הקפאת מסתובב בקשר הליגנד עם הכריכה

    משוואת "מאסטר" תרמודינמית כללית יותר היא כדלקמן: [44]

    • desolvation - עונש אנטלפי על הסרת הליגנד מממס
    • תנועה - עונש אנטרופי להפחתת דרגות החופש כאשר ליגנד נקשר לקולטן שלו
    • תצורה - אנרגיית מאמץ קונפורמטיבי הנדרשת בכדי להכניס את הליגנד לקונפורמציה ה"פעילה "שלו
    • אינטראקציה – רווח אנטלפי ל"פתרון" הליגנד עם הקולטן שלו

    הרעיון הבסיסי הוא שניתן לפרק את אנרגיית הקישור החופשית הכוללת לרכיבים עצמאיים הידועים כחשובים לתהליך הקישור. כל רכיב משקף סוג מסוים של שינוי באנרגיה חופשית במהלך תהליך הקישור בין ליגנד לקולטן המטרה שלו. משוואת המאסטר היא השילוב הלינארי של רכיבים אלה. לפי משוואת האנרגיה החופשית של גיבס, הקשר בין קבוע שיווי המשקל של דיסוציאציה, Kד, ומרכיבי האנרגיה החופשית נבנו.

    שיטות חישוביות שונות משמשות להערכת כל אחד ממרכיבי משוואת האב. לדוגמה, ניתן להשתמש בשינוי בשטח הקוטב עם קישור ליגנד להערכת אנרגיית השממה. מספר הקשרים הניתנים לסיבוב הקפואים עם קשירת ליגנד הוא יחסי למונח התנועה. ניתן לאמוד את אנרגיית התצורה או המתח באמצעות חישובי מכניקה מולקולרית. לבסוף ניתן לאמוד את אנרגיית האינטראקציה באמצעות שיטות כגון שינוי המשטח הלא קוטבי, פוטנציאלים נגזרים של כוח ממוצע, מספר קשרי המימן הנוצרים וכו '. בפועל, מרכיבי משוואת המאסטר מתאימים לנתונים ניסיוניים תוך שימוש במספר רב רגרסיה לינארית. ניתן לעשות זאת באמצעות מערך אימונים מגוון הכולל סוגים רבים של ליגנדים וקולטנים כדי לייצר מודל "גלובלי" פחות מדויק אך כללי יותר או קבוצה מוגבלת יותר של ליגנדים וקולטנים כדי לייצר מודל "מקומי" מדויק יותר אך פחות כללי. [45]

    דוגמה מיוחדת לעיצוב תרופות רציונאלי כוללת שימוש במידע תלת מימדי אודות ביו-מולקולות המתקבלות מטכניקות כגון קריסטלוגרפיה רנטגן וספקטרוסקופיה NMR. תכנון תרופות בעזרת מחשב בפרט הופך להרבה יותר ניתן לפתרון כאשר יש מבנה ברזולוציה גבוהה של חלבון מטרה הקשור לליגנד חזק. גישה זו לגילוי תרופות מכונה לעתים עיצוב תרופות מבוסס מבנה. הדוגמה החד-משמעית הראשונה ליישום תכנון המבוסס על מבנה המוביל לתרופה מאושרת היא מעכב הפחמן האנהידראז, dorzolamide, שאושר בשנת 1995. [46] [47]

    מחקר מקרה חשוב נוסף בעיצוב תרופות רציונאלי הוא אימטיניב, מעכב טירוזין קינאז שתוכנן במיוחד עבור bcr-abl חלבון היתוך האופייני ללוקמיה חיובית לכרומוזומים בפילדלפיה (לוקמיה מיאלוגנית כרונית ולעיתים לוקמיה לימפוציטית חריפה). Imatinib שונה מהותית מתרופות קודמות לסרטן, מכיוון שרוב סוכני הכימותרפיה פשוט מכוונים לתאים המתחלקים במהירות, מבלי להבדיל בין תאים סרטניים לרקמות אחרות. [48]

    דוגמאות נוספות כוללות:

    • רבים מהתרופות האנטי-פסיכוטיות הלא טיפוסיות, האב-טיפוס H2אנטגוניסט לרצפטור שממנו פותחו חברי הכיתה המאוחרים יותר
    • מעכבי COX-2 סלקטיביים NSAIDs, מעכב כניסת HIV לפפטיד כמו zolpidem ו- zopiclone, מעכב HIV אינטגרז [49] (מעכבי ספיגה חוזרת של סרוטונין סלקטיביים), סוג של תרופות נוגדות דיכאון, תרופה אנטי ויראלית.

    נטען כי האופי הנוקשה והממוקד ביותר של תכנון תרופות רציונלי מדכא את השלווה בגילוי תרופות. [50]


    מחלוקות על שיבוט בעלי חיים ביתיים

    החששות האתיים לגבי שיבוט יכולים להתחלק באופן כללי לשתי קטגוריות: דאגה מהשפעת השיבוט על רווחת בעלי חיים ובני אדם והתנגדות לעקרון השיבוט, קרי לייצר בעל חיים באמצעים שאינם הפריה.

    כיום, שיבוט קשור לעלייה בסבל של בעלי חיים בהשוואה לייצור של בעלי חיים בשיטות גידול סטנדרטיות. זאת בשל ניתוחים שנעשו לצורך קבלת ביציות או העברת עוברים, אובדן הריון, מחלות ומוות של תינוקות, הפרעות ברמה נמוכה אצל צעירים ששרדו, ומצוקה אפשרית ממחלות בבעלי חיים המיוצרים כמודלים של מחלות. חששות אלה מתונים במידה מסוימת על ידי העובדה שרוב הממצאים הללו אינם ייחודיים לשיבוט; הם קשורים גם להליכים אחרים שהתקבלו בדרך כלל כדאיים, כגון הפריה חוץ גופית וייצור עוברים, העברת ביציות והעברת עוברים. בנוסף, הגורל הנורמלי המקובל של מינים רבים המשובטים הוא להתאכסן לייצור מקסימלי ולאחר מכן להישחט ולאכול. טיעון משכנע לשיבוט הוא שהיתרונות הפוטנציאליים של ההליך להבנת תהליכי החיים ומחלות בעלי חיים, לבריאות האדם ולייצור מזון עולים על העלות של ההליך מבחינת רווחת בעלי החיים.

    דאגות נוספות נובעות מהשפעת השיבוט על כל אוכלוסיית בעלי החיים, הקשורה לרוב לשונות הגנטית של המין. זהו דאגה לגיטימית בחלק מהמינים ולשימושים מסוימים, כגון בבקר חלב, שבו שור אחד עשוי להוליד אלפי צאצאים. עם זאת, הדבר קשור יותר לטכנולוגיה של הקפאת זרע והפצת הזרע מאשר לעובדה ששור עצמו היה משובט. אצל בעלי חיים נלווים, אין זה סביר שלחיות המחמד המעטות שעלולות להישכפל ישפיעו על האוכלוסייה באופן כללי. אצל סוסים, שיבוט עשוי למעשה להגביר את השונות הגנטית, מכיוון שהשימוש העיקרי המוצע הוא שיבוט מטוסים שהתגלו כמתחרים עדיפים, ובכך יציל סוגים גנטיים שאחרת היו הולכים לאיבוד.

    החששות לגבי בריאות האדם מתמקדים בעיקר בצריכת מזון המיוצר מבעלי חיים משובטים. לאחר שנים של מחקר, ה- FDA והרשות האירופית לבטיחות מזון הגיעו למסקנה כי צריכת בשר או חלב מבעלי חיים משובטים אינה מהווה סיכון לבריאות הציבור. לכן, החששות שנותרו לגבי צריכת מזון מבעלי חיים משובטים מבוססים סביר יותר על עקרון מאשר על פוטנציאל הנזק האמיתי. מכיוון ששיבוט משמש לייצור בעלי חיים מהונדסים או עורכי גנים, חששות רבים שנתייחסים לגבי שיבוט הם למעשה חששות מבעלי חיים שעברו שינוי גנטי, המהווים מערך סיכונים פוטנציאלי שונה לחלוטין לבריאות בעלי חיים ובני אדם ולסביבה. באיחוד האירופי, למרות שהעדר הוכחות לסיכון בריאותי אנושי מוכר, שיווק מזון משבטים מחייב אישור. ישנן קריאות לכללי האיחוד האירופי לאסור שיבוט לצורכי חקלאות ולאסור על שיווק מזון משבוטים.

    שאלה אתית מרכזית בנוגע לעקרון ייצור בעלי החיים באמצעות שיבוט היא האם טכניקה זו מפרה איסור מוסרי כלשהו, ​​קרי שאנשים "משחקים את אלוהים" על ידי ייצור עוברים מבלי להשתמש בהפריה. שאלות דומות התעוררו עם כל טכניקת רבייה חדשה שפותחה, אולם אנשים רבים מרגישים ששיבוט הוא מקרה מיוחד. הסלידה המוסרית הכללית הזו של הציבור למושג השיבוט מועצמת בהצגת השיבוט ככוח זדוני בספרי מדע בדיוני וסרטים.

    טענות נגדיות לדאגות מוסריות אלה הן שהשיבוט מתרחש בטבע בצורה של תאומים זהים שאנשים ייצרו צמחים ובעלי חיים באמצעים "לא טבעיים" מהפעם הראשונה שנטעו זרע באזור חדש או גידלו פרה לאדם. שור שנבחר, וכי זוהי פשוט התפתחות חדשה באותו קו. שיבוט עוברי בוצע במשך יותר מ-10 שנים לפני לידתה של דולי ללא תשומת לב ציבורית, ואפילו ללידתם של שני כבשים משובטים מתאי תרבות ממקור עוברי, שהוכרזה שנה לפני דולי, לא הייתה השפעה ציבורית. לפיכך, נראה כי הנושא המוסרי העיקרי הדאגה הציבורית אינו ייצור עוברים ללא הפריה, אלא ייצור עוברים מתאי של חיה קיימת ומוכרת.

    הטיעונים נגד שיבוט של חיות לוויה התמקדו בעלות ייצור שיבוט - עשרות עד מאות אלפי דולרים - כאשר מיליוני כלבים וחתולים לא רצויים נהרגים מדי שנה. עם זאת, אנשים קונים כיום כלבים וחתולים גזעיים באלפי דולרים כאשר הם יכלו להשיג בעלי חיים ללא עלות או בעלות נמוכה. התרבות האמריקאית תומכת ברעיון שאנשים יכולים להוציא את כספם על מה שהם רוצים.

    טיעון קשור הוא ששיבוט הופך את החיות לסחורה או לחפץ, ולא לישות חיה, וכי ייצור בעל חיים בדרך זו מראה על חוסר כבוד לחיה כאינדיבידואל. עם זאת, בעלי חיים נקנו ונמכרו מאז בייתם כיום זרע ועוברים מוקפאים, נשלחים ברחבי הארץ ומשמשים לייצור צעירים מבוקשים. נראה כי שיבוט אינו מציע ייחוד ייחודי בתחום זה.

    מסחור השיבוט מביא עמו אפשרות להונאה ולטרף את רגשותיהם של בעלי חיות השכול. חברות שיבוט צריכות לציין בבירור שהטכניקה תייצר פרט אחר עם אותה גנטיקה כמו החיה המקורית, היא לא "מחיה לתחייה" חיה או ליצור חיה זהה לתורם (למשל, עם אותה תבנית פרווה או אישיות). הדמיון הטוב ביותר לצייר הוא לזה של תאום זהה שנולד מאוחר יותר בזמן בדיוק כמו עם תאומים זהים המתרחשים באופן טבעי, הם יהיו דומים מאוד אך גם שונים בהרבה מובנים.


    ויכוח דה-הכחדה: האם צריך להחיות מינים נכחדים?

    ממותות צמרות שגשגו בתקופת הקרח האחרונה עד שהתחממות פלנטרית מהירה-מה שהעדויות האחרונות מצביעות עליה בעקבות פגיעת מטאור-הרגה אותן לפני אלפי שנים. (תמונה: מאוריסיו אנטון, PLOS ביולוגיה)

    בחודש שעבר, מאות מומחים החוקרים אינטראקציות בין אדם לסביבה קראו לקובעי המדיניות לנקוט בפעולה מיידית כדי לרסן את האנושות ודרכים הרסניות מבחינה אקולוגית. המדענים כתבו בהצהרת קונצנזוס ומאיימים על מערכות ההגנה על החיים שבהן כולנו תלויים.

    אם שיעורי ההכחדה הנוכחיים יימשכו, מזהירה ההצהרה, נוכל לראות אובדן של 75 אחוז ממינים של בעלי חוליות בתוך שלוש מאות שנים.

    בעוד שמדעני השימור נאבקים כדי לבלום את האובדן הקטסטרופלי של המגוון הביולוגי, כמה ביולוגים סינתטיים פועלים להחזיר מינים נכחדים לחיים. אתה עשוי לחשוב ששתי הקבוצות יעבדו יחד. אבל עד לאחרונה, רוב הביולוגים לשימור הכירו מעט על מה שמכונה "החיה ושחזור", שעד לכנס TEDxDeExtinction במרץ, נפגשה בעיקר בדלתיים סגורות.

    בעקבות פגישה פרטית של חלוצי "הכחדה" בבית הספר לרפואה של הרווארד בפברואר האחרון, האגודה הלאומית לג'יאוגרפיק וקרן סן פרנסיסקו לונג עכשיו הביאו ביולוגים מולקולריים וביולוגים לשימור יחד באוקטובר כדי לדון באסטרטגיות להחייאת מינים שנכחדו. המארגנים הכניסו עיתונאי אחד בלבד למפגש באוקטובר, ותיכננו סיקור תקשורתי על ביטול הכחדה עם ועידת TEDx וסיפור שער של נשיונל ג'יאוגרפיק כמה שבועות לאחר מכן.

    פרויקט להחיות ושחזור הוא פרי יצירתם של מייסד שותף של קרן Long Now, סטיוארט ברנד, ואשתו ריאן פלן, יזם סדרתי שמכר לאחרונה את עסק הבדיקות הגנטיות הצרכני שלה DNA ישיר לחברת Fortune 500 Medco. המועמדים הבכירים שלהם לביטול הכחדה כוללים את יונת הנוסעים והממותה הצמר. ברנד ופלאן מקדמים את הפרויקט כדרך לשחזר את המגוון הגנטי האבוד במטרה להבטיח העשרה אקולוגית באמצעות חידוש מינים שנכחדו. & Rdquo

    אבל חלק מהעובדים בקו החזית של שימור המגוון הביולוגי הם ספקנים. בפרשנות שפורסמה באפריל ציינו מדעני שימור מובילים שמעטים מעמיתיהם שקלו ביולוגיה סינתטית והשפעות פוטנציאליות על השימור, למרות שזה עשוי לשנות טרנספורמציה. הסיכויים לשמירה על המגוון הביולוגי. & rdquo המחברים ציינו מספר דרכים שבהן יצירה מחדש של אורגניזמים שנכחדו עלולה להשפיע על יעדי המגוון הביולוגי האסטרטגי ועל מספר חיובי, שלילי רבים. הנקודה שלהם הייתה שאף אחד לא יודע, אבל כדאי שביולוגים לשימור יתחילו לשים לב (ראה תרשים למטה).

    דוגמאות לאופן שבו ביולוגיה סינתטית, שהובטחה או התפתחה בקני מידה צנועים אפילו, יכולה להשפיע באופן משמעותי על יעדי המגוון הביולוגי של אייצ'י דוגמאות כיצד ביולוגיה סינתטית, שהובטחה או התפתחה בקני מידה צנועים, יכולה להשפיע באופן משמעותי על יעדי המגוון הביולוגי של אייצ'י, שאומצה על ידי ועידת המגוון הביולוגי לשנת 2010. של הצדדים. לחץ על התמונה כדי לראות גרסה גדולה יותר. (PLOS Biology, Redford et al.)

    האנק גרילי, מנהל המרכז למשפט ולמדעי הביולוגי של אוניברסיטת סטנפורד, מודה כי הוא מרתק ארוכות את הסיכוי להחיות מינים שנכחדו, אך לא הצליח להחליט אם זה באמת רעיון טוב. אז הוא ארגן כנס בסטנפורד בשבוע שעבר והזמין פילוסופים, עורכי דין, ביולוגים ואנשי מקצוע בחיות בר לחשוב על הסוגיות המורכבות האתיות, המשפטיות והפוליטיות שמעוררת ביטול הכחדה.

    &לדעתי אחת הסיבות שהנושא הזה עלתה על פני השטח כל כך מהר היא שהטכנולוגיה מתכנסת עם הקרירות של הרעיון להחזיר דברים, מתערבבת עם תחושת אשמה שאנו מרגישים עם הכחדת דברים,&rdquo חוק אוניברסיטת קנזס אמר לי פרופסור אנדרו טורנס. אבל ביטול ההכחדה מעורר כמה חידות וסיבוכים, והוא אמר בהרצאה זו. האם אורגניזמים שנכחדו הם GMO? מינים פולשים?

    והיכן יתאים מין לתחייה לחוקי הסביבה? מארגן הוועידה, אלכס קמאצ'ו, מנהל מרכז המשפטים UC Irvine & rsquos למקרקעין, סביבה ומשאבי טבע, אמר כי לחוק המינים בסכנת הכחדה אין מסגרת להכחדה, מכיוון שיוצריו לא יכלו לדמיין את הסיכוי. זמן קצר לאחר תחייתו של אורגניזם, מין עשוי להיות רשום בסכנת הכחדה, אך האם מדובר באותו מין? מין חדש? מין בסכנת הכחדה? ה- ESA מגדיר בסכנת הכחדה סכנת הכחדה בכל או חלק ניכר מהטווח שלו. אבל מה הטווח שלה? האם יש לו טווח? יש להניח שלא, אם יש לך אורגניזם אחד יושב במעבדה, אמר קמאצ'ו.

    צ'אק בונהם, המנהל את משרד המחלקות למשרד הדגים וחיות הבר אך לא ייצג את הסוכנות בכנס, נאבק בהשלכות הניהול של ביטול הכחדה. איך אתה יכול להיכחד אם אתה תמיד זמין לתחייה? & rdquo

    טכנולוגיית ביטול הכחדה

    הטכנולוגיות לשחזור מינים שנכחדו כוללות גידול גב, שיבוט והנדסה גנטית. למרות שלכולם יש את הפוטנציאל לבצע את המשימה, אמרה בת' שפירו, ביולוגית אבולוציונית ומומחית ל-DNA עתיק מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, יש להם גם חסרונות.

    עם גידול גב, מדענים מזהים תכונות אצל קרוב המשפחה הקרוב ביותר ומגדלים צאצאים באופן סלקטיבי המבטאים תכונות רצויות עד שבעלי החיים דומים לבני דודם שנכחדו. רצף שברי עצמות ושיניים ממינים שנכחדו מאיץ את עבודת החיפוש אחר רצפי גנום דומים בצאצאים קרובים. מדענים בהולנד משתמשים בגישה זו כדי לשחזר את האורוק, בקר אירופה פראי שנכחד בשנת 1627, מבקר בית. לבקר יש זמן דור של שלוש עד שש שנים. הניסיון להחיות ממותות מפילים יותר ויותר גדולים ושעירים, שמתחילים להתרבות בממוצע בגיל 20 עד 25 שנים, עשוי להימשך מאות שנים.

    בעייתית יותר היא השיבוט, שבו מדענים מסירים את הגרעין של תא ביצה, מחליפים אותו בגרעין מתא תורם, מצבדים אותו לגדול כעובר ושותלים אותו באם פונדקאית. התהליך כרוך ביותר. דולי, הכבשה המפורסמת המשובטת, הייתה הכבש היחיד שנולד מתוך 277 ניסיונות ומדאשל שהשיבוטים האחרים מתו ברחם או זמן קצר לאחר הלידה. במה שנחשבו ככחדת ההכחדה המוצלחת הראשונה בשיטה זו, יעל פירנאי (עז פרא גדולה שנכחדה לפני פחות מ -15 שנה) שנשא על ידי יעל היברידית, חי כל 12 הדקות, והכל במצוקה נשימתית חריפה. .

    אם חוקרים מנסים זאת עם פילים כפונדקאים, סביר להניח שאם הפילים הקטנים בהרבה לא יסתדר אם תישא ממותה.* זה לא מביא בחשבון את האתיקה של הפיכת חיות חברתיות כה אינטליגנטיות, שנראות כמתאבלות על מות מותן. קרובי משפחה, לתוך מכונות תחיית הממותה.

    דגימה של יונת הנוסעים, (Ectopistes migratorius), בגן החיות והגן הבוטני של סינסינטי. יוניות נוסעים מנתה פעם מיליארדים. ציד יתר ואובדן בתי גידול הובילו לירידה קטסטרופלית תוך 20 שנה, ולהכחדה עד 1914.

    אולם שתי השיטות דורשות גנום שלם, מה שאומר שאתה צריך להקפיא שורות תאים שנלקחו ממינים לפני שהם נכחדו. "אם אנו רוצים להכחיד משהו שהוא ישן יותר ממשהו שהרגנו לאחרונה, אנחנו תקועים עם DNA עתיק", אמר שפירו. וזה אומר להתמודד עם שברי DNA זעירים שלעתים קרובות נגועים בחיידקים ומזהמים אחרים.

    זה משאיר עריכת גנום, מציאת הרצפים המקודדים לתכונות עניין והדבקתם בגנום קיים. אבל החוקרים עדיין מעדנים שיטות למצוא את המקום הנכון בגנום ולהעביר את ה- DNA מבלי ליצור בעיות כמו סרטן. בעיה גדולה עוד יותר היא להבין אילו חלקים מהגנום הופכים צמר ממותק, פרה הים כה גדולה או יונים נוסעות נוהרות יחד, אמר שפירו. גם אם תוכל לשחזר את הגנום של מין שנכחד, הקפיצה לייעד פונקציה לרצפים היא עצומה.

    בהתחשב בכל הנושאים הללו, אמר שפירו, ולדעתי אני צריך לשקול לעומק למה האם אנו רוצים לבטל דברים. & rdquo

    וזאת, עבור רבים הפועלים לשימור המגוון הביולוגי, היא השאלה העיקרית. ביולוגים לשמירה דואגים שאם אנשים חושבים שנוכל להחיות מינים, הם לא יזכו לדאוג להגן על מה שנותר, אמר קייט ג'ונס, יו"ר משותף לאקולוגיה ומגוון ביולוגי באוניברסיטת קולג 'בלונדון ובאגודה הזואולוגית בלונדון.

    ג'ונס, שבילה את רוב הקריירה בחשיבה על מה שגורם למינים להיכחד, אמרה לי שהיא מבינה את הערעור של דה-הכחדה. "מי לא יתרגש מהסיכוי לראות ממותה?" היא הרשתה. אבל הפרקטיות של לעשות את זה הן די מפחידות. & rdquo וכאסטרטגיית שימור, & ldquoit & rsquos קצת חסר תועלת. זה & rsquos התחפש לשימור, אבל זה & rsquos לא. & Rdquo

    עבור ג'ונס, זה לא נושא בנושא דה-הכחדה. &ldquoזה&rsquos על יצירת מינים חדשים. הם מחפשים רק GMO נוצץ

    כמה ביולוגים בכירים לשימור מסרבים לעסוק בנושא כי הם חושבים שזה לא דיון לגיטימי, אמר לי ג'ונס. אבל אני חושב שזה סוג של בלתי נמנע שזה יקרה בין אם זה סטיוארט ברנד או מישהו בגינה האחורית שלהם. & rdquo

    ואז יש שאלה מה אתה עושה עם מין שהחייאת. ג'יימי רפפורט קלארק, ששימש כראש דגים וחיות בר בארה"ב תחת ממשל קלינטון ומוביל כעת את מגיני חיות הבר, קרא לתומכי ההכחדה לשקול את הפוליטיקה של החייאת מינים. ביטול הכחדה יכול להצדיק פעולות עצירה על שיקום בית גידול או הצלת מינים, למשל. זה היה גורע את גורלה של הפנתר של פלורידה, שקיבלה זרם של גנים מפומות טקסס המוטסות תחת משמרתה בצעד נואש להציל את החתול הגדול.

    היא גם חששה שדה-הכחדה תספק כיסוי פוליטי להגנה על שימור. הם אומרים, "אנחנו צריכים לממן התאוששות ולמנוע את הכחדת המינים כי יש לנו מוצא."

    ערימה של גולגלות ביזון אמריקאיות המחכות להטחנה לדשן, בערך בשנת 1870. (אוסף היסטורי של ברטון/הספרייה הציבורית של דטרויט/נחלת הכלל)

    במהלך דיון סביב שולחן עגול, בראנד העלה את הסיכוי להחזיר את החתול עם שיניים החרב לקליפורניה כדי להחליף תפקידים אקולוגיים אבודים של טורפים, ואז קפץ בונהם מכיסאו, בצחוק, ומגדיר מכאן! & Rdquo

    הוא הוציא פיסת נייר מהתיק הקצר שלו וחזר לספר לברנד סיפור על היחסים הלא פשוטים של הציבור עם טורפים. ירינו בזאב האחרון בקליפורניה לפני כ -100 שנה, אמר בונהם. חודש לאחר שנכנסתי לתפקיד, קיבלנו את הזאב הראשון שלנו בקליפורניה מזה 100 שנה. וחצי המדינה רוצה שהוא ייצור שמורת זאבים. החצי השני רוצה לראות את ההיסטוריה חוזרת על עצמה. "אנחנו לא מוכנים", אמר.

    בונהם קרא קטע מתוכנית ההחלמה של דגים וחיות בר משנת 1982. זוהי חיה שאינה יכולה להתפשר או להתאים את אורח חייו לשלנו. לא יכול היה מעצם טבעו, אפילו אם אפשרנו לו את ההזדמנות, מה שלא עשינו.&rdquo המקום היחיד עבור דוב הגריזלי בקליפורניה נשאר על דגל המדינה. &ldquoאיך אתה מצפה ששן חרב תצליח יותר טוב מזה. הדוב הגריזלי? & rdquo שאל את ברנד.

    ג'ונס שאל את ברנד אם כל אחד מהמשתתפים בכנס שהועלו בנוגע לביטול הכחדה שינה את ראייתו. "עדיין לא," הוא ענה. "זה גורם לי להיות נחושה יותר. שנוודא לחלוטין שכולם יבינו שביטול הכחדה ושימור אינם תחרותיים בשום אופן". הוא אמר שיש כיום דור של ילדים שרוצים לראות ממותות צמר בגן חיות. "כשהם עושים זאת אני חושב שהם יאמצו מערכת יחסים לא טראגית לטבע ולשימור מתוך תחושה שבני אדם יכולים. לבטל נזקים חמורים אפילו כמו הכחדה."

    אליזבת האדלי, פליאונתולוגית מסטנפורד ויו"ר פול ס. ובילי אכילס לביולוגיה סביבתית, עזרו לעצב את הקריאה לפעולה לאחרונה לקובעי המדיניות. היא חושבת שחדשנות מעבדתית ולא מחקר בשטח עומדת מאחורי דחיית ההכחדה. המימון לאקולוגיה ושימור משתקף בהשוואה למענקים הגדולים למימון גנומיקה וביולוגיה סינתטית. למרות שהיא התגוררה בסטנפורד, הדלי לא השתתפה בכנס. כואב לה לחשוב מה הכסף הזה יכול לעשות כדי להגן על המין שכבר כאן, וכמה שתלוי בחוט.

    כמו שאנחנו רוצים להרוג פילים עכשיו, נזכה שנשאר עוד 10 או 20 שנה, היא אמרה. ואנשים מדברים על ממותות? קודם כל, הם היו חיים בעידן קרח. זו הסביבה השגויה לחלוטין להחזיר אותם אליה.&rdquo

    היא מכנה מדע דה-הכחדה & ldquogee-whiz במקרה הגרוע ביותר שלה וחושבת שלצדק אותו מבחינת מגוון גנטי ושירותי מערכות אקולוגיות אין טעם.

    "הוצאה של כסף על מנת להציג מחדש את המינים הקיימים שאבדו לאחרונה ומדשאבן קליפורניה ודובי גריזלי ודשא ושיקום בית הגידול היא ניצול הרבה יותר טוב של הזמן והאנרגיה שלנו", אמרה. "ללא שיקום בית גידול", היא הוסיפה, "ניצחו 750 גורילות ההרים שנותרו על הפלנטה. אני מעדיף לשלב את תת-המין הנמר יחד כדי ליצור מאגר גנטי טוב יותר מאשר להחזיר אורגניזם נכחד כלשהו.&rdquo

    קלארק, שבילתה את הקריירה שלה בעבודה עם מינים על סף הכחדה, הציעה השקפה דומה. & ldquo

    היא השקיעה זמן רב במחשבה על החובה המוסרית שלנו לדורות הבאים. &ldquo האם זה ליצור זוג ממותות צמר עצובות שחיות בגן חיות? או שמא זה להציל את הזאבים ואת הפנתר ואת זבובים חובבי הפרחים וחולות דלהי ואת הדייג? & Rdquo

    עבור קלארק, אין שאלה. &ldquoאנחנו צריכים לעשות עבודה טובה יותר בניהול מה שיש לנו," היא אמרה, "לפני שנלך למהר אחרי ניסויים מדעיים מגניבים.&rdquo


    מה ההיגיון מאחורי הקפאת הביציות אם ניתן לשבט תאים? - ביולוגיה

    זכויות יוצרים ©1995 Lee M. Silver

    6. מוטגנזה וטרנסגנזה

    6.1 מוטגנזה קלאסית

    6.1.1 מבחן הלוקוס הספציפי

    6.1.3 משאבי מוטציה של עכברים

    6.2 מניפולציה של עוברים: שיקולים גנטיים

    6.2.1 אפשרויות ניסוי

    6.2.2 בחירת זנים לייצור ביצים

    6.2.3 ייעול ייצור העובר על ידי superovulation

    6.2.4 זכר הרבעה הפורה

    6.2.5 העברת עוברים לאמהות אומנות

    6.3 עכברים מהונדסים הנוצרים בהזרקה גרעינית

    6.3.2 מעקב אחר הטרנסגן וגילוי הומוזיגוטים

    6.4 מוטגנזה ממוקדת והחלפת גנים

    6.4.2 יצירת ‘נוקאאוט של גנים’

    6.4.3 יצירת שינויים עדינים

    6.5 שימושים נוספים בטכנולוגיות טרנסגניות

    6.5.1 מוטגנזה של החדרה ולכידת גנים

    6.5.2 מאגר נתונים ומאגר של עכברים מהונדסים גנטית

    6.1 מוטגנזה קלאסית

    6.1.1 מבחן הלוקוס הספציפי

    שונות גנטית — קיומן של לפחות שתי צורות — הוא המרכיב החיוני הקיים בכל הניסויים הגנטיים. וריאציה פנוטיפית, בפרט, משמשת כאמצעי לחשיפת התפקוד הנורמלי של אלל מסוג פרא בלוקוסים רבים. כפי שנדון בפרק הראשון של ספר זה, זמינותם של פנוטיפים וריאנטיים רבים בסחר העכברים המפוארים היא שהפכה את עכבר הבית לאורגניזם אידיאלי כל כך למחקרים של גנטיקאים מוקדמים. במובן מסוים, עכבר הבית זכה כברירת מחדל מכיוון שבהיעדר ביות ובחירה מלאכותית, השונות בתכונות הנראות לעין היא נדירה ביותר, ולכן יונקים קטנים אחרים לא היו ניתנים לגנטיקה. למרות שגרסאות העכבר המפוארות סיפקו חומר לשלל מחקרים גנטיים מוקדמים, מספר הווריאציות השונות עדיין היה מוגבל, והקצב שבו הופיעו וריאנטים חדשים באופן ספונטני במושבות ניסוי היה נמוך ביותר: כיום ידוע שבממוצע, רק גמטה אחת מתוך 100,000 עשויה לשאת מוטציה ניתנת לזיהוי במיקום מסוים.

    במהלך שנות העשרים של המאה ה-20 החלו כמה חוקרים לחקור את השפעות קרני הרנטגן על רבייה והתפתחות. בשתי מעבדות, לפחות, נמצאו אללים מוטנטים חדשים בצאצאים של הורים מוקרנים, אך החוקרים לא הצליחו ליצור קשר כלשהו בין הקרנה לבין השראת המוטציות הללו (Little and Bagg, 1924 Dobrovolskaia-Zvadskaia, 1927). סוף סוף נוצר הקשר על ידי מולר שב -1927 פרסם את מאמרו הקלאסי המסביר את זירוז המוטציות התורשתיות על ידי צילומי רנטגן (מולר, 1927). מאז אותה תקופה, גנטיקאים החוקרים את כל אורגניזמים הניסיוניים הגדולים ומס '151 מחיידקים ועד עכברים השתמשו הן בהקרנה מייננת והן בכימיקלים שונים כסוכני מוטגנזה כדי לחשוף אללים חדשים ככלי להבנת תפקוד הגן.

    ניסויים בקנה מידה גדול של מוטגנזה של עכברים החלו תחילה בשתי מעבדות "אנרגיה אטומית" ממשלתיות: המעבדה הלאומית Oak Ridge באוק רידג', טנסי, בארה"ב וביחידת המחקר הרדיוביולוגי של MRC, תחילה באדינבורו, סקוטלנד, ולאחר מכן בהארוול, אנגליה , בבריטניה שתי תוכניות הניסוי הללו החלו בתחילה לאחר מלחמת העולם השנייה כאמצעי לכימות ההשפעות של צורות קרינה שונות על עכברים, ועל ידי אקסטרפולציה, בני אדם, כדי להבין טוב יותר את ההשלכות של פיצוץ נשק גרעיני. את המאמץ האמריקני ביים W.L. ראסל ואת המאמץ הבריטי ביים T. C. Carter (גרין ורודריק, 1966). מדענים בשתי המעבדות הבינו במהירות את הפוטנציאל של המשאב החדש שלהם של בעלי חיים מוטנטים, ושתי המעבדות המשיכו לייצר מוטציות גם על ידי חומרים כימיים. המחקרים בקנה מידה גדול מאוד שנערכו באוק רידג' והארוול — שבהם נותחו בדרך כלל 10,000 עד 60,000 בעלי חיים מהדור הראשון בפרוטוקול ניסוי — סיפקו את רוב הנתונים האמפיריים הזמינים כיום על המנגנונים והשיעורים שבהם מוטציות נגרם על ידי כל הסוכנים המוטגניים המאופיינים היטב בעכבר.

    הניסויים שערכו ראסל וקרטר, ועמיתים אחרים שהלכו בעקבותיהם, נועדו להשיג ערכים נפרדים עבור הפוטנציאל המוטגני של פרוטוקולי קרינה שונים. במקום לנסות ולבדוק את כל בעלי החיים על כל ההשפעות של פרוטוקול הקרנה מסוים (כפי שהיה מקובל בניסויים קודמים), גנטיקאים עכברים אלה בחרו במקום להסתכל רק על החלק הקטן של בעלי החיים שהוטרו על קבוצה קטנה של "מוגדר היטב & ספציפי" לוקוסים. הרציונל ל"מבחן הלוקוס הספציפי" היה שניתן לכמת בקלות רבה יותר את ההשפעות על לוקוסים בודדים ושהתוצאות המוגבלות שהתקבלו עדיין ניתנות לאקסטרפולציה לאומדן של השפעות הגנום השלם. ראסל החליט שיש לעקוב אחר שיעורי המוטציות בו-זמנית במספר מספיק של לוקוסים כדי להבחין ולהימנע מבעיות שעלולות להיגרם על ידי שינויים ממקום למקום ברגישות למוטגנים מסוימים. הוא החליט עוד כי יש לבחון את אותה קבוצת לוקוסים בכל ניסוי שבוצע. שבעת הלוקוסים שנבחרו לעקוב אחריהם בבדיקת הלוקוס הספציפית הוגדרו על ידי מוטציות רצסיביות עם פנוטיפים הומוזיגוטים גלויים שהובחנו בקלות בבידוד זה מזה, ולא השפיעו על הכדאיות או הפוריות. שבעת הלוקים הם אגוטי (א הוא האלל הרצסיבי שאינו אגוטי), חום (ב), לבקן (ג), לדלל (ד), אוזן קצרה (se), דילול עיניים ורודות (ע') ו- piebald (ס). נבנה "זן סמן" מיוחד שהיה הומוזיגוט עבור כל שבעת הלוקוסים.

    בצורתו הפשוטה ביותר, בדיקת הלוקוס הספציפית מתבצעת על ידי הזדווגות נקבות מזן הסמן המיוחד לזכרים מסוג פראי לחלוטין שנחשפו בעבר למוטגן פוטנציאלי. בהיעדר מוטציות כלשהן, צאצאים מהצלב הזה לא יבטאו אף אחד משבעת הפנוטיפים הנראים באם זן הסמן. עם זאת, אם המוטגן גרם למוטציה באחד מהמקומות הספציפיים, הפנוטיפ המוטנטי הקשור ייחשף. בדיקה זו יעילה מאוד מכיוון שהיא דורשת רק דור אחד של רבייה ובדיקה ויזואלית היא כל מה שנדרש כדי להבקיע כל חיה.

    למרות שמוטציות רצסיביות בכל מוקדים פרט לשבע הספציפיות לא ייוודעו לצאצאי הדור הראשון מהצלב הזה, אפשר לזהות מוטציה דומיננטית בכל מוקד כל עוד היא קיימת וייצור שינוי גס בפנוטיפ הטרוזיגטי כגון: שינוי צבע השלד או המעיל. צריך להבין שההשפעה השכיחה ביותר של כל מוטגן לא מכוון תהיה ל"כפתור "של גן, וברוב המכריע של המקרים האלל האפס המתקבל יהיה רצסיבי לסוג הבר. יש, עם זאת, סוג קטן מאוד של לוקוסים שבהם אללים אפס יפעלו בצורה דומיננטית או חצי-דומיננטית לסוג פראי. פנוטיפים אלה ובלתי מספקים & quot; ככל הנראה נגרמים על ידי רגישות התפתחותית למינון המוצר הגנטי. בין המוטציות הטובות ביותר של המוטציות הדומיננטיות-אפס הן רבות שנחשפו ב- ט לוקוס — אשר מביאים לזנב קצר — וה וו לוקוס — וכתוצאה מכך כתמים לבנים על המעיל.

    ניתן לגרום למוטציות באמצעים פיזיים וכימיים כאחד. האמצעי הפיזי הוא באמצעות חשיפת החיה כולה לקרינה מייננת של אחת משלוש מחלקות — קרני רנטגן, קרני גמא או נויטרונים (גרין ורודריק, 1966). האמצעי הכימי הוא הזרקת מגיב מוטגני לבעלי החיים כך שיעבור ישירות אל הגונדות ולתאי נבטים מבדילים. בדיקת הלוקוס הספציפי סיפקה אומדן ליעילות היחסית שבה כל מגיב גורם למוטציות. תחת פרוטוקולי חשיפה שונים נמצא כי הקרנת X גורמת למוטציות בשיעור של 13 㬮 x 10 -5 לכל מוקד, המהווה עלייה של פי 20 עד 100 על התדר הספונטני, אך עדיין אינה גבוהה מספיק לשימוש על ידי כל אחד מלבד המתקנים הגדולים ביותר כאמצעי שגרתי ליצירת מוטציות (Rinchik, 1991). המוטציות שנוצרות על ידי הקרנה הן לרוב מחיקות גדולות או נגעים קשים אחרים כגון טרנסלוקציות או סידורים מחדש מורכבים.

    סוג הסוכנים הכימיים הידועים שיכולים לגרום למוטציות (המכונה מוטציות) הוא גדול מאוד ומתרחב כל הזמן. עם זאת, שני כימיקלים בפרט — ethylnitrosourea (ENU) ו- chlorambucil (CHL) — נמצאו מוטגניים ביותר בתאים זרע עכברים (Russell et al., 1979 Russell et al., 1989). שני הכימיקלים הללו מניבים תשואות מוטציות גבוהות בהרבה מכל צורה של טיפול בקרינה שנבדקה עד כה (Russell et al., 1989). מינונים אופטימליים של ENU או CHL יכולים לגרום למוטציות בתדירות ממוצעת לכל מקום שהיא יותר מאחד לאלף — 150 x 10 -5 עם ENU ו-127 x 10 -5 לכל מקום עם CHL (Russell et al., 1982 Russell et al., 1989). למרות שהשיעורים שבהם ENU ו- CHL מעוררים מוטציות דומים מאוד, סוגי המוטציות הנגרמות שונות בתכלית. באופן כללי, ENU גורם לנגעים נפרדים שהם לעתים קרובות מוטציות נקודתיות (Popp et al., 1983), ואילו CHL גורם לנגעים גדולים שהם לרוב מחיקות רב-לוקוס (Rinchik et al., 1990a). במקור סברו כי הבסיס להבדלים מוטציהיים מסוג זה הוא האופי הכימי של המוטגן עצמו (גרין ורודיק, 1966), אך נראה שכבר אין הדבר כך. במקום זאת, כעת נראה כי שלב תאי החיידק בו מתרחשת המוטציה הוא הקובע העיקרי של סוג הנגע (ראסל, 1990). המתאם שנצפה בין כימיקל לסוג הנגע הוא תוצאה של העובדה שמוטגנים שונים פעילים בשלבים שונים של זרע. לפיכך, ENU פועל על spermatogonia פרה-מיוטי שבו מוטציות צפויות להיות מהסוג הבדיד, ו-CHL פועל על זרעונים עגולים פוסט-מיוטיים שבהם מוטציות צפויות להיות מסוג הנגע הגדול (Russell et al., 1990).

    ENU היה החומר הכימי הראשון שזוהה כי הוא מספיק מוטגני לשימוש על ידי מעבדות קטנות יותר במסכים לאיתור מוטציות באזורים מעניינים של לוקוסים או כרומוזומלים (Bode, 1984 Shedlovsky et al., 1988). ENU שימש גם במסכים עבור וריאנטים פנוטיפיים שאינם ספציפיים ללוקוס שיכולים לשמש מודלים למחלות אנושיות שונות (McDonald et al., 1990). מספר מעבדות מתחילות להשתמש ב-ENU למוטגנזה של רוויה של אזורים כרומוזומליים קטנים המוגדרים על ידי מחיקות ככלי אחד (בין כמה משלימים) להשגת תיאור פיזי וגנטי מלא של אזור כזה (Shedlovsky et al., 1988 Rinchik et al., 1990 ב רינצ'יק, 1991). הרציונל למחקרים אלה הוא האמונה כי ניתן לחשוף גנים רבים (אם כי לא כולם) באופן פנוטיפי על ידי מוטציות נוק-אאוט אשר מגודלות להיות הטרוזיגטיות כפולות עם מחיקה. המגבלה העיקרית לשימוש הגלובלי בגישה זו היא המספר הקטן ביותר של אזורים גנומיים בעכבר בהם התאפיינו מחיקות גדולות.

    הזמינות ל תסיסנית גנטיקאים של מחיקות (או ליקויים כפי שאנשים הזבובים מכנים אותם) המשתרעים כמעט על כל קטע בגנום הזבובים מילא תפקיד קריטי בזיהוי ואפיון של מספר רב של גנים ובהפקת מפות פונקציונאליות גסות ומפות מוטציות נקודתיות במבנה עדין מעצם הגישה רק שתואר לעיל. ברור, שיטה לצבור ספרייה דומה של מחיקות עבור העכבר תתקבל היטב. המוטציות הנגרמות על ידי צילומי רנטגן הן לרוב שינויים גנומיים בקנה מידה גדול כולל טרנסלוקציות, היפוכים ומחיקות. ואכן, רוב מוטציות מחיקת העכברים הנשמרות במניות העכשוויות נגזרו באופן זה. עם זאת, התשואה הכוללת של מחיקות הנגרמות באמצעות רנטגן נמוכה למדי, ובגלל בעיות אחרות הטמונות בגישה זו, היא אינה אידיאלית לשימוש גלובלי.

    בשנת 1989, דווח כי כלורמבוציל מהווה חלופה אטרקטיבית לקרני רנטגן כגורם להשראת תשואה גבוהה של מוטציות מחיקה בעכבר (Russell et al., 1989). שיעור המוטציות לכל לוקוס נמצא בסדר גודל של אחד מכל 700 בתאי נבט מהקבוצה המוקדמת של הזרע, ומתוך שמונה המוטציות שנגרמו בשלב זה שניתחו, כולן נמחקו לרצפי DNA סביב סמן הלוקוס הספציפי ( Rinchik et al., 1990a). מחקר זה גם הראה שמוטציות הנגרמות על ידי CHL היו קשורות לעתים קרובות עם טרנסלוקציות הדדיות. ממצא אחרון זה מצער מכיוון שטרנסלוקציות עלולות להפחית את הפוריות וכתוצאה מכך השפעות שליליות על התפשטות הזנים.

    יש תקווה כי CHL יכול לשמש כאמצעי ליצירת סטים של מחיקות חופפות המשתרעות על כרומוזומים שלמים (רינצ'יק וראסל, 1990). פרויקטים מסוג זה ידרשו מתקני בעלי חיים גדולים ומשאבי תמיכה וכתוצאה מכך יוגבלו לקומץ מעבדות בלבד. עם זאת, ברגע שנוצרו ומאופיינים זני עכברים עם מחיקות, הם יכולים לשמש משאב לכל הקהילה.

    6.1.3 משאבי מוטציה של עכברים

    יתרון לשימוש בעכבר כמערכת גנטית הוא תחושת הקהילה החזקה העוטפת את רוב העובדים בשטח, ובהקשר של קהילה זו זנים הנושאים מוטציות רבות ושונות — הן ספונטניות והן הנגרמות על ידי מוטגן — קוטלגו ושמרו והועמדו לרשות כל החוקרים. קטלוג המכיל תיאורים מפורטים של כל מוטציות העכבר המאופיינות משנת 1989 נאסף על ידי מרגרט גרין ונכלל כפרק המרכזי ב גרסאות גנטיות וזנים של עכבר המעבדה בעריכת מרי ליון וטוני סירל (גרין, 1989). קטלוג זה זמין כעת בצורה אלקטרונית המתעדכנת באופן קבוע (ראה נספח ב '). כמובן, חיות מוטציות רבות יותר נמצאות ומאופיינות עם חלוף כל שנה, ורשימה מתעדכנת מתפרסמת מדי שנה בכתב העת גנום העכבר. רשימה זו מכילה מידע על החוקרים הבודדים אליהם יש לפנות כדי להשיג בפועל את העכברים המוטנטים.

    האוסף הגדול ביותר של זני עכברים מוטנטים מתוחזק במעבדת ג'קסון בחסות " Mouse Mutant Resource" (MMR) שמתוחזק כיום בניהולה של ד"ר Muriel Davisson (Davisson, 1990). בשנת 1990, יותר מ-250 גנים מוטנטים נשמרו במשאב זה, המהווים שני שלישים מכל המוטנטים הידועים של עכברים בחיים באותה תקופה (Davisson, 1990). מדי שנה, מטפלי בעלי חיים מזהים 75 עד 80 בעלי חיים נוספים "סוטים" מבין שני מיליון העכברים המיוצרים על ידי מושבות בעלי החיים של מעבדת ג'קסון (Davisson, 1993). נמצא כי כ-75% מהפנוטיפים הסוטים הם בעלי בסיס גנטי ומחקרי רבייה נערכים עליהם כדי לקבוע אם הם מייצגים או לא מייצגים מוטציות בלוקוסים שאופיינו בעבר. אם הם עושים זאת, דגימות DNA מתאוששות והקווים מושלכים או מונחים במאגר העוברים הקפואים. אם מוטציה היא חדשה, נקבעת אופן השידור שלה (אוטוסומלי/מקושר X, דומיננטי/רצסיבי), מתאפיינת ההשפעה הפנוטיפית של המוטציה, והיא ממופה למיקום כרומוזומלי ספציפי תוך שימוש בפרוטוקולי רבייה. המתואר בסעיף 9.4 (Davisson, 1990 Davisson, 1993). תיאורים של כל המוטציות החדשות המאופיינות מתפרסמות, וזני עכברים מוטנטים זמינים לרכישה באמצעות הקטלוג הסטנדרטי של מעבדת ג'קסון. בשנת 1992 הופצו לחוקרים ברחבי העולם למעלה מ- 35,000 עכברים מ- MMR (Davisson, 1993).

    מגבלות שטח לא מאפשרות ל- MMR לשמור על גידול עכברים המכילים כל גן מוטנטי ידוע, כאשר המספר הכולל מתרחב מדי שנה. למרבה המזל, ניתן לשמור על מניות מוטציות שאינן מבוקשות כיום על ידי החוקרים (בעלות מינימלית) בצורה של עוברים קפואים. לא ניתן להדגיש יתר על המידה את חשיבות הקפאת העובר כפרוטוקול אחסון. פעם אחר פעם, חוקרים מולקולריים של ימינו חזרו להשתמש במוטציות שתוארו מזמן ככלי קריטי בניתוח לוקוסים של בני אדם ועכברים שזה עתה משובטים.

    6.2 מניפולציה של עוברים: שיקולים גנטיים

    6.2.1 אפשרויות ניסוי

    הטכנולוגיה הבסיסית הנדרשת להשגת עוברי טרום השתלה ממערכת הרבייה הנשית, לתרבותם לפרקי זמן קצרים במנות פטרי, ולאחר מכן להחזירם לאמהות אומנות בהן יוכלו לצמוח ולהתפתח לעכברים קיימא קיימת מאז שנות החמישים. (הוגאן ואח ', 1994). במהלך השנים שלאחר מכן, הטכנולוגיה הבסיסית הזו שימשה בשורה של סוגים שונים של ניסויים שמטרתם לתמרן את תהליך ההתפתחות או את הגנום העוברי עצמו. ניתן להמיס עוברים לתאים בודדים אותם ניתן לשלב מחדש בצירופים חדשים ליזום התפתחות עכברים כימרים. ניתן להחליף פרוגרעינים וגרעינים מעובר מוקדם אחד למשנהו כדי לבחון את התרומות היחסיות של הציטופלזמה והגנום לפנוטיפים מסוימים, כמו גם לחקור היבטים של הטבעה גנומית ופרטנוגנזה. ניתן להזריק DNA זר ישירות לגרעינים לצורך השתלבות יציבה בכרומוזומים מה שיכול להוביל להיווצרות בעלי חיים מהונדסים. לבסוף, ניתן להמיר תאים עובריים לתאי תרבית רקמות (הנקראים תאי גזע עובריים [ES]) בהם ניתן לבצע החלפת גנים ממוקדת. ניתן לשלב תאי ES נבחרים עם עוברים רגילים ליצירת חיות כימריות שיכולות להעביר את מוקד המיקוד דרך קו החיידק שלהן. האפשרויות הניסיוניות הללו נדונות ביתר פירוט בהמשך פרק זה. סעיף זה עוסק בפשטות בשיקולים גנטיים הכרוכים בבחירת העכברים שישמשו לדור ולהריון של עוברים למטרות ניסוי שונות.

    6.2.2 בחירת זנים לייצור ביצים

    6.2.2.1 שיקולים כלליים

    מספר גורמים ישחקו תפקיד בבחירת זן מתאים של נקבות שיתרום לביצים שישמשו כחומר ניסוי. ראשית, בכל המקרים, חשוב שהביצים יהיו קשיחות מספיק בכדי להתנגד לנזקים ממניפולציות שיעברו. שנית, פרוטוקול הניסוי המסוים עשוי להטיל צורך בביצים בעלות איכויות מיוחדות שנקבעו גנטית. שלישית, במקרים בהם נדרשים מספר גדול מאוד של ביצים, יהיה חשוב שהזן יהיה כזה שיגיב היטב לביוץ, כפי שנדון בסעיף הבא. לבסוף, ישנה שאלה של הגבלות גנטיות על הצאצאים שיצאו מהמניפולציה.

    באשר לקריטריון אחרון זה, עבור ניסויים מסוימים יהיה חשוב לשמור על שליטה קפדנית על הרקע הגנטי של עוברים שישמשו אותם למניפולציה גנומית. במקרים אלו, יש להפיק עוברים מרובים מהזדווגויות בין שני חברים מאותו זן מרובע. אם עוברים אלה משמשים להכנסת חיידקים של חומר גנטי זר, החיות הטרנסגניות המתקבלות יהיו באמת קואיסוגניות לזן המקורי.

    בניסויים אחרים, לא תידרש הומוגניות גנטית קפדנית. במקרים אלה, ניתן להשתמש בעוברי F 2 מנקבות F 1 superovulated שהזדווגו לזכרים F 1 מאותו גנוטיפ אוטוזומלי. פרוטוקול רבייה זה עדיף לעיתים קרובות על פני שימוש בגישה כלולה למהדרין או בגישה מקרית. ראשית, בניגוד לגישה המוגדלת באקראי, עדיין שומרים על מידה מסוימת של שליטה על הקלט הגנטי מכיוון שרק אללים שמקורם באחד או משני הזנים המשולבים המשמשים ליצירת הורי F 1 יהיו נוכחים בכל מוקד בכל אחד מהם עוּבָּר. שנית, בניגוד לגישה הכלואית, השימוש הן בנקבות והן בעוברים עם גנוטיפים הטרוזיגיים מאפשר ביטוי של מרץ היברידי בכל הרמות של תהליך הרבייה. בפרט, עוברים הטרוזיגוטיים נוטים פחות להיפצע על ידי מניפולציות חוץ גופיות.

    6.2.2.2 זן FVB/N אידיאלי לייצור עכברים מהונדסים

    זן מרובע אחד שפותח יחסית לאחרונה ממושבה לא מרובעת של עכברים עם היסטוריה ארוכה של רבייה במעבדה ב-NIH יש מאפיינים מיוחדים המעניינים במיוחד חוקרים המעוניינים לייצר עכברים מהונדסים: זן זה נקרא FVB/N. זן FVB/N הוא ייחודי בכמה דרכים חשובות (Taketo et al., 1991). ראשית, גודל ההמלטה הממוצע שלו של 9.5 (עם טווח של עד 13) גבוה משמעותית מזה שנמצא בכל זן זן ידוע אחר (ראה טבלה 4.1). שנית, לביציות מופרות שמקורן באמהות FVB/N יש גרעינים גדולים מאוד ובולטים מבחינה ויזואלית מאפיין זה ייחודי בקרב הזנים הידועים בכלים ומאפשר מאוד הזרקת DNA. לבסוף, חלקם של עוברים שהוזרקו לשרוד לבעלי חיים חיים הוא גם גדול בהרבה מזה שנצפה בכל הזנים האחרים. מסיבות אלה, FVB/N הפך במהירות לזן המועדף לשימוש בייצור של בעלי חיים מהונדסים.

    6.2.3 ייעול ייצור העובר על ידי superovulation

    למרות שאפשר להתאושש בסדר גודל של 6 עד 10 ביצים ישירות מנקבות כלות בודדות או מזוייפות מסוג F 1, אפשר להשיג מספרים גדולים בהרבה עד 15 ביצים לכל 60 חיות על ידי גרימת מצב של superovulation. עבור ניסויים רבים, חשוב להתחיל עם מספר גדול של עוברים עם ביוץ, ניתן להפחית באופן דרסטי את מספר הנקבות הנדרשות לייצור מספר גדול זה. Superovulation נגרמת על ידי מתן שתי זריקות תוך-פריטוניאליות המתוזמנות במדויק של ריאגנטים של גונדוטרופין הזמינים באופן מסחרי, המחקות הורמוני עכבר טבעיים ויוזמים התבגרות של מספר גדול של זקיקי ביצה. ביוץ -על, כמו ביוץ רגיל, גורם הן לגירוי של עניין הגברי בהזדווגות והן לרגישות הנשית לזכרים המתעניינים. הפרוטוקול מתואר בפירוט במדריך האמבריולוגיה של העכבר על ידי הוגאן ועמיתיו (1994).

    לא במפתיע, המספר הממוצע של הביצים הנגרמות על ידי ביוץ-על תלוי מאוד במתח. ניתן לגרום לנשים בגילאים המתאימים לזנים B6, BALB/cByJ, 129/SvJ, CBA/CaJ, SJL/J ו- C58/J לביוץ 40 עד 60 ביצים (Hogan et al., 1994). בקצה השני, נקבות הזנים A/J, C3H/HeJ, BALB/cJ, 129/J 129/ReJ, DBA/2J ו- C57L/J אינן מגיבות היטב לפרוטוקול העל -סחף, ומייצרות 15 או פחות ביצים לכל עכבר. התגובה של זן FVB/N לביוץ-על היא בין לבין ייצור של 25 עוברים או פחות לנקבה (Taketo et al., 1991). ליצירת עכברים מהונדסים, לעומת זאת, תכונה שלילית יחידה זו של FVB/N עולה על המאפיינים האחרים של זן זה שנדונו לעיל.

    היבט מעניין של התגובה הגבוהה לעומת הנמוכה לסופר -ויקולציה היא שבשני מקרים, תת -זנים הנגזרים מאותו זן מקורי של רבייה (BALB/cByJ לעומת BALB/cJ ו- 129/SvJ מול 129/J) מבטאים פנוטיפים כה ברורים. ממצא זה מצביע על כך שלשינויים עדינים בגנוטיפ יכולים להיות השלכות דרמטיות על הביטוי של תכונת רבייה מסוימת זו.

    ממצא קריטי אחד בעל חשיבות מעשית ותיאורטית כאחד הוא שנקבות היברידיות F 1 לא תמיד מביעות תגובה טובה יותר ל-superobulation מאשר שני הוריהן הגזעים. לדוגמה, ה-F 1 ההיברידי הנפוץ B6D2F 1, שנוצר על ידי הכלאה בין ביוץ גבוה (B6) לבין ביוץ נמוך (DBA/2J), מבטא את הפנוטיפ של הביוץ הנמוך (Hogan et al., 1994). תצפית זו נוגדת את גרעין המרץ ההיברידית והיא מציעה שהבסיס הגנטי לפנוטיפ זה עשוי להיות הרבה יותר ספציפי ומוגבל מאשר לפנוטיפים כלליים אחרים של כדאיות ופוריות. בנוסף, תצפית זו מצביעה על כך שלגנים העיקריים המעורבים, האללים הביולוגיים והרוביים הם רצסיביים.

    שני הכלאיים F 1 נקבעו באופן אמפירי כדי לבטא על-ביוץ ברמה גבוהה — [BALB/cByJ x B6] ו-[B6 x CBA/CaJ] (Hogan et al., 1994). סביר מאוד שגם כלאיים F 1 הנגזרים מהזדווגות בין כל אחד מהמגיבים הגבוהים המפורטים לעיל יהיו בעצמם גם מגיבים גבוהים. ניתן לרכוש רבים ממיני כלאיים מסוג F 1 ישירות מספקי בעלי חיים אולם ברוב המקרים ספקים אינם יכולים לספק יום לידה מדויק הדרוש לקביעת זמן השימוש האופטימלי.

    6.2.4 זכר הרבעה הפורה

    נקבות שעברו ביוץ — באופן טבעי או המושרה — חייבות להיות מזווגות עם זכר "פריה פורייה" כדי לייצר זיגוטות שניתן להשתמש בהן להזרקה גרעינית או למטרות אחרות. כפי שצוין קודם לכן, תמיד עדיף להשתמש בזכר הרבעה פורה עם אותו גנוטיפ כמו הנקבה, בין אם מדובר בזן או בהכלאה F 1. מן הסתם, חשוב להשתמש בבעלי חיים בריאים בעליל לעין בשיא חייהם, בגילאי 2 עד 8 חודשים. בנוסף, ניסיון העבר הוא לעתים קרובות אינדיקטור טוב לביצועים עתידיים. זכרים שהזדווגו בהצלחה על פי דרישה בעבר (כפי שצוין על ידי תקע נרתיקי) עשויים לעשות את אותו הדבר בעתיד מסיבה זו, יש לשמור רישומים על הביצועים של כל זכר המשמש למטרה זו. לקבלת תוצאות אופטימליות, יש למקם זכר ונקבה אחת בכל כלוב, ולאחר הזדווגות מוצלחת, יש לתת לזכר מנוחה של יומיים עד שלושה ימים.

    6.2.5 העברת עוברים לאמהות אומנות

    6.2.3.1 בחירת זן

    לאחר שעוברים עוברים מניפולציה בתרבות, יש להחזירם למערכת הרבייה של א אם אומנת שם הם יכולים להמשיך ולהתפתח לחיות שנולדו במלואן. מכיוון שהאם האומנת תורמת רק רחם, ולא חומר גנומי, לצאצאים המהונדסים, אין לבחור את המחוז הגנטי שלה לפי אותם קריטריונים המשמשים לבעלי חיים ברוב פרוטוקולי הניסוי האחרים. רק שני שיקולים חשובים בבחירת אם אומנה. ראשית, והחשוב ביותר, היא צריכה להיות בעלת כושר רבייה אופטימלי ומאפייני "אימהות". ניתן להשיג זאת עם הכלאה F 1 בין שני זנים סטנדרטיים מקרביים [מומלץ B6 x CBA (Hogan et al., 1994), אך אחרים יעשו זאת גם כן] או עם זנים גזעיים הזמינים ממגדלים מסחריים שונים. האמהות הטובות ביותר הן אלה שכבר נשאו וגידלו לפחות המלטה אחת בהצלחה ולכן, לעיתים קרובות כדאי לנסות מועמדים פוטנציאליים על ידי העברת מחזור אחד להריון/אימהות/גמילה.

    שיקול שני הוא האם החוקר יצליח להבחין בין גורים ילידי טבע לבין אלו שטופחו. זה רק גורם כאשר האם האומנת הוזדווגה לזכר סטרילי על מנת לגרום למצב הדרוש של פסאודו-הריון, וישנה שאלה האם הזכר עבר עיקור כראוי. השיטה הפשוטה ביותר להבחין בין שני סוגי הצאצאים הפוטנציאליים היא על ידי הבדל בצבע הפרווה, למשל, לבקן לעומת פיגמנט. אם העוברים הניסויים נגזרים מהורים שאינם נושאי אלבינו, אזי ניתן לבחור הן את האם האומנה והן את בן זוגה הסטרילי (עליהם נדון להלן) מתוך זני לבקנים צאצאים זמינים מסחרית כגון CD-1 (Charles River Breeding מעבדות) או עכברי וובסטר שוויצרי (מחוות טאקונית). כאשר אחד בטוח שהזכר הסטרילי הוא סטרילי באמת, הבדלי צבע המעיל הם פחות קריטיים, כל עוד קיימים הבדלים מוגדרים היטב ב- DNA אם אכן עולה הצורך הבלתי צפוי להבחין בין הגנוטיפים של צאצאים פוטנציאליים שנולדו בטבע לבין צאצאים שהועברו בניסוי.

    6.2.3.2 אינדוקציה של פסאודו -הריון והזכר הסטרילי

    אצל נשים, סביבת הרחם הופכת פתוחה להשתלת ביציות מופרות כתוצאה ישירה מההשראה ההורמונלית של הביוץ. בעכברים וברוב היונקים הלא-פרימטיים האחרים, סביבת הרחם הופכת קליטה להשתלה רק בתגובה לדרגה מספקת של גירוי מיני. בנוסף, גירוי זה גורם גם לשינויים הורמונליים אשר משנים את מחזור הייחום התקין בהנחה שייווצר הריון. כאשר התרחשה תגובה מעוררת מוצלחת בהעדר הפריה, אומרים שהנקבה נמצאת במצב של "pseudopegnancy." רק נקבות פסאודו-הריון יאפשרו השתלה ופיתוח מוצלחים של עוברים מאומנים. ניתן להשיג פסאודו -הריון באחת משתי דרכים: (1) על ידי הזדווגות לזכר סטרילי או (2) באמצעות כלים לאוננות נקבה כגון מוטות רטט שהוכנסו לנרתיק (West et al., 1977). רוב החוקרים מצאו שהזדווגויות טבעיות מייצרות אחוז גבוה יותר של הריון מדומה מאשר פונדקאיות אנושיות.

    זכרים סטריליים יכולים להיגזר גנטית או כירורגית. גזירה גנטית דורשת מושבת רבייה של עכברים הטרוזיגיים כפולה למוטציות פסאודו-אלליות בכרומוזום 17 באזור המכונה ט מורכב (כסף, 1985). בעלי חיים עם הגנוטיפ ט/ט w2 (זמין ממעבדת ג'קסון) מוצלבים הן למטרות שמירה על הזן והן למטרות ייצור של זכרים סטריליים כפי שמתואר באיור 6.1.

    עבור אלה ללא המשאבים או כוח האדם הנדרש לגידול זכרים סטריליים גנטית, האפשרות היחידה היא כריתת כלי דם כירורגית, הכוללת ניתוק של כלי הדם משני צידי הגוף (Hogan et al., 1994). בחירת זן העכבר לשימוש מבוססת על קריטריונים מקבילים לאלה שנקבעו לבחירת אמה אומנת, אלא שיש לשקול יכולת הזדווגות במקום יכולת אמהות. ניתן להשתמש בהצלחות הכלאיים הסטנדרטיים מסוג F 1, כמו גם בעלי החיים ". כאשר מדובר בבחירה בין זכרים בודדים בתוך זן מסוים, יש להשתמש באותם קריטריונים המתוארים בסעיף 6.2.2.2 לבחירת זכרי הרבעה פוריים. בנוסף, זכרים טרום הזדווגות & quotsterile & quot עם נקבות פוריות משמשים לאישור הצלחת הכריתת כלי הדם.

    6.3 עכברים מהונדסים הנוצרים בהזרקה גרעינית

    ישנן שתי בעיות הטמונות בכל שיטות המוטגנזה הקלאסית. הבעיה הראשונה היא שהתהליך אקראי לחלוטין. לפיכך, יש להתחיל בעיצוב מבחן סקר שיאפשר זיהוי מוטציות בנקודת העניין, ולאחר מכן יש לקוות להופעת בעלי חיים מוטנטים בתדירות הנמצאת בשיעור המקומי המקומי, או למעלה ממנו. . אם אלל מוטנטי לא מצליח לייצר פנוטיפ שניתן לקלוט על ידי המסך, הוא לא יזוהה. לבסוף, גם כאשר מתגלים אללים מוטנטים, בדרך כלל לא ניתן לברר את הנגע הבסיסי ללא שיבוט ואפיון מולקולרי נוסף.

    הבעיה השנייה עם מוטגנזה קלאסית היא שמוטציות המושרות אינן מתויגות בשום צורה כדי לספק כניסה מולקולרית לאזור שטרם שוכפל. לפיכך, אם לוקוס חדש נחשף על ידי מוטציה מושרה הגורמת לפנוטיפ מעניין, ניתן לגשת אליו רק באמצעות גישות גנים מועמדים ושיבוט מיקום באותו אופן כמו כל לוקוס אחר המוגדר באופן פנוטיפי. יתר על כן, במקרה של מוטציות הנגרמות על ידי ENU, סביר להניח שלא ניתן להבחין בין האללים המוטנטים והסוג הפראי מבחינה מולקולרית למעט נוקלאוטיד בודד שעשוי להשפיע על אתר הגבלה או לא.

    אפשר לדמיין שני סוגים של גישות מוטגניות שיהיו האידיאליות ביותר עבור שני סוגי המצבים השונים שבהם מוטציות יכולות לספק כלים לניתוח מולקולרי של התפתחות והיבטים אחרים של ביולוגיה של יונקים. מצד אחד, גישת מוטגנזה אקראית טובה להבהרת לוקוסים חדשים כל עוד האלל המוטנטי מתויג כדי לאפשר גישה מולקולרית ישירה. מצד שני, כדי להמשיך ולנתח לוקוס שכבר משובט ומאופיין, רוצים לייצר בעלי חיים שמבטאים את המיקום בצורה מבוגרת כלשהי. הטכנולוגיות של החדרת טרנסגנים ומיקוד גנים סיפקו לגנטיקאים את הכלים הדרושים כדי להשיג את שתי המטרות הללו.

    בשנת 1981 דיווחו חמש מעבדות עצמאיות על הכנסת DNA זר לקו נבט העכבר באמצעות הזרקה מיקרונית של ביצים חד-תאיות (Costantini and Lacy, 1981 Gordon and Ruddle, 1981 Harbers et al., 1981 Wagner et al., 1981a Wagner et al., 1981b). למרות שהשילוב של DNA אקסוגני לקו הנבט באמצעות זיהום ויראלי של עוברים דווח קודם לכן (Jaenisch, 1976), הדיווחים משנת 1981 רמזו לראשונה שניתן להשתמש ב-DNA מכל מקור כדי להפוך את הגנום של העכבר. הגוון של הגנטיקה של העכברים השתנה לנצח עם פיתוח הכלי החזק הזה. מדע תצפיתי קפדני הוכנס לפתע לתחום ההנדסה הגנטית על כל השלכותיה העצומות. הכנסת החומר הגנטי לקו הנבטים של העכבר הפכה כעת לשגרתית מספיק כך שהמתודולוגיה מפורטת בספרי ספרים שונים (Wassarman ו- DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994) ובעלי חיים מעוצבים אף ניתנים כשירות מסחרי על ידי מספר חברות.

    התנאי טרנסגני הוטבעה כדי לתאר בעלי חיים שרצפים זרים מוכנסים ביציבות לגנום שלהם באמצעות מתווכים אנושיים. ניתן ליצור בעלי חיים מהונדסים על ידי הזרקת מיקרו או זיהום ויראלי של עוברים, או באמצעות מניפולציה בתרבית של "תאים ES" דמויי עובר, אשר משולבים לאחר מכן בחזרה לתוך העובר המתאים לרועה לקו הנבט. הטכנולוגיה האחרונה תידון בפרק הבא. כאן אתמקד בחיות טרנסגניות שנוצרו על ידי הזרקה ישירה של DNA לעוברים.

    החיה הראשונית שמתפתחת מכל ביצית מיקרו-מניפולציה נקראת a מייסד. גם כאשר עוברים מרובים הוזרקו כולם או הודבקו באותו DNA זר, אתר האינטגרציה — או לוקוס טרנסגני — בכל מייסד יהיה שונה. עם זאת, כל החיות הטרנסגניות שיורדות ממייסד יחיד יחלקו את אותו מוקד טרנסגני. פרוטוקולים ליצירת עכברים מהונדסים וסקירות מקיפות של הטכנולוגיה והשימושים בה תוארו במקומות אחרים (Palmiter and Brinster, 1986 Wassarman and DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994). כללים למתן שם לוקוסים טרנסגנים וחיות מהונדסות מוצגים בסעיף 3.3.5.

    עם הפרוטוקולים הנוכחיים ליצירת עכברים מהונדסים על ידי מיקרו-הזרקה עוברית, אתר האינטגרציה אינו נקבע מראש, ולכל מטרות מעשיות, יש להיחשב אקראי. הזרקת מיקרו מאפשרת לְהוֹסִיף, אך לא לגרוע חומר גנטי בצורה מכוונת אם ניסוי מסוים מוביל להחדרת גרסה חדשה של גן עכבר לתוך הגנום, אלל חדש זה יהיה קיים בנוסף לזוג הדיפלואידי הרגיל. כתוצאה מכך, רק צורות דומיננטיות, או קו-דומיננטיות, של ביטוי פנוטיפי יהיו ניתנות לזיהוי מהטרנסגן.

    ניתן להשתמש בטכנולוגיית המיקרו-הזרקת עוברים כדי לחקור היבטים רבים ושונים של ביולוגיה של עכברים וויסות גנים. סוג אחד של ניסויים מקיף את אלה שמטרתם לקבוע את ההשפעות של ביטוי מוצר גנטי טבעי באופן לא טבעי. על ידי שילוב הגן המעניין עם אזורים מווסתים שנבחרו מגנים אחרים, ניתן לגרום לעכברים מהונדסים לבטא את המוצר ברמה גבוהה מהרגיל, או ברקמות חלופיות או בשלבי התפתחות. ניתן להשתמש בפנוטיפים המוטנטים הנובעים מצורות ביטוי סוטות כאלה כדי להבהיר את תפקודו התקין של הגן מסוג wild-wild. ניסויים מסוג זה יכולים לשמש, למשל, כדי להדגים את היכולת של גנים מסוימים לגרום לשינויים התפתחותיים ספציפיים ואת האופי האונקוגני של אחרים כאשר הם מתבטאים באופן חריג. ניתן לענות על סוגים רבים אחרים של שאלות באמצעות גישה זו.

    במחלקה אחרת של ניסויים, ניתן לנתח את התפקוד של אזור מווסת על ידי יצירת מבנים בינו לבין גן מדווח שניתן לבחון בקלות את ביטויו ברקמה(ות) המתאימה. עם שורה של קווים מהונדסים שיש להם צורות שנמחקו או מוטציות באופן חלקי של אזור רגולטורי, אפשר לזהות אילו רצפי DNA מעורבים בהדלקה וכיבוי של גנים ברקמות שונות או בשלבי התפתחות.

    שליש משיעור הניסויים מכוון לתיקון פגם גנטי בעכבר מוטנטי באמצעות החדרה גנומית של טרנסגן פראי. שימוש זה בטכנולוגיה הטרנסגנית מספק את האמצעים החזקים ביותר שיש להוכיח שגן מועמד משובט אכן זהה למקום שאחראי לפנוטיפ מוטנטי מסוים. יתר על כן, תיקון הפגמים הגנטיים אצל יונקי מודל הוא הקדמה הכרחית לכל ניסיון לבצע מחקרים דומים בבני אדם.

    שיקול חשוב בכל הניסויים הטרנסגניים נובע מהתצפית כי המיקום הכרומוזומלי בפועל בו מכניס טרנסגן יכול לשחק תפקיד מכריע בביטויו. זה יהיה ברור מאליו במקרים שבהם קווי מייסד שונים עם אותו טרנסגן מציגים דפוסים שונים של ביטוי טרנסגן. הסיבה להבדלים ספציפיים מסוג זה היא שחלק מהאזורים הכרומוזומליים נשמרים בדרך כלל בתצורות כרומטין שיכולות לפעול לדיכוי פעילות הגן. מבנים טרנסגנים שונים יראו רמות שונות של רגישות לדיכוי פעילות כאשר הם נוחתים באזורים כאלה.

    בעיה פוטנציאלית נוספת יכולה לנבוע מהכנסת הטרנסגן לאתר אנדוגני המתפקד כרגיל עם השלכות בלתי צפויות. בכ-5 עד 10% מכלל המקרים שנחקרו עד כה, נמצא כי הומוזיגוטיות עבור לוקוס טרנסגני מסוים גורמת לקטלניות או לאנומליה פנוטיפית אחרת (Palmiter and Brinster, 1986). סביר להניח שפנוטיפים רצסיביים אלה נובעים מהפרעה של גן חיוני תקין כלשהו. במקרים פחות תכופים, טרנסגן עשוי לנחות באתר שמצויד על ידי משפר אנדוגני שיכול לעורר פעילות גנים בשלבים או ברקמות לא מתאימים. זה יכול להוביל לביטוי של פנוטיפים דומיננטיים שאינם אך ורק תוצאה של הטרנסגן עצמו. מכל הסיבות הללו, חשוב לנתח נתונים משלושה קווי מייסדים או יותר עם אותו מבנה טרנסגני לפני שמגיעים למסקנות הנוגעות להשפעה, או היעדרן, על הפנוטיפ של העכבר.

    ברוב המוחלט של המקרים שנותחו עד כה, לשיבוש רצפים אנדוגניים שנגרמו על ידי אינטגרציה טרנסגנים לא הייתה השפעה ניכרת על הפנוטיפ. עם זאת, היעדר פנוטיפ הניתן לגילוי אינו בהכרח אומר שהטרנסגן השתלב באזור לא פונקציונלי של הגנום. כפי שנדון בפרק 5, רק תת-קבוצה קטנה של כל הגנים של היונקים היא למעשה חִיוּנִי, והשפעות מתוחכמות על הפנוטיפ צפויות להיעלם מעיניהם אם מבצעים רק בדיקה קלה של בעלי חיים מהונדסים. לפיכך, התדירות האמיתית של המוטגנזה הכנסתית הנובעת ממיקרו -זריקת עובר עשויה להיות גבוהה משמעותית מהמספרים.

    6.3.2 מעקב אחר הטרנסגן וגילוי הומוזיגוטים

    אלא אם כן החדרה מהונדסת מסוימת גורמת לפנוטיפ דומיננטי הניתן לזיהוי בקלות, נוכחות הטרנסגן בבעלי חיים נקבעת בקלות רבה ביותר באמצעות ניתוח DNA. לבדיקת מספר רב של עכברים, מקור ה- DNA הטוב ביותר הוא מגזרי זנב או חבטות אוזניים (Gendron-Maguire and Gridley, 1993). ניתן להוכיח את הימצאותו או היעדרותו של הטרנסגן בצורה היעילה ביותר באמצעות שיטת ניתוח PCR המבוססת על רצפי מטרה ספציפיים לטרנסגן.

    בעל החיים המייסד של קו מהונדס יהיה הטרוזיגטי עבור מוקד ההכנסה הטרנסגנית. ההומולוג השני יקושר לאלל שאינו מופרע "מסוג" Wild & quot (+) במיקום זה, בעוד שהכרומוזום המופרע ישא טרנסגנים (Tg) אלל. כל עוד הטרנסגן מועבר לצאצאים מהטרוזיגוט (Tg/+) הורה, יהיה צורך לבדוק כל חיה בודדת של כל דור חדש עבור נוכחות הטרנסגן. מסיבה זו בלבד, זה יהיה שימושי ליצור בעלי חיים הומוזיגוטים לאלל הטרנסגני מכיוון שכל הצאצאים מהזדווגות בין הומוזיגוטים Tg/Tg בעלי חיים יהיו גם הומוזיגוטים ולא יהיה צורך בבדיקת DNA.

    במקרים נדירים הומוזיגוטיים Tg/Tg בעלי חיים יהיו שונים באופן פנוטיפי משלהם Tg/+ קבוצות. תצפית זו היא בדרך כלל אינדיקציה טובה לכך שהטרנסגן שיבש את התפקוד של לוקוס אנדוגני בתהליך האינטגרציה. אם הפנוטיפ ההומוזיגוטי הרצסיבי קטלני, ברור שיהיה בלתי אפשרי ליצור שורה הומוזיגוטית של בעלי חיים. אחרת, הפנוטיפ עשוי לבטל את הצורך בניתוח DNA. ברוב המכריע של המקרים, לעומת זאת, הומוזיגוטי Tg/Tg לא יהיה ניתן להבחין בין בעלי חיים בפנוטיפ לבין הטרוזיגוטיים Tg/+ בעלי חיים, וללא פנוטיפ רצסיבי, זיהוי בעלי חיים הומוזיגוטיים לא יהיה פשוט.

    גישה אחת לאישור הגנוטיפ של הנחה Tg/Tg בעל חיים מבוסס על גנטיקה סטטיסטית. במקרה זה, האישור מתבצע באמצעות הגדרת זיווג בין ההומוזיגוט המשוער לבין שותף +/ + שאינו מהונדס. אם החיה המדוברת היא רק א Tg/+ הטרוזיגוט, אפשר לצפות למספרים שווים של Tg/+ ו+/+ צאצאים. באמצעות השיטה של ​​ניתוח צ'י ריבוע המתואר בסעיף 9.1.3, ניתן לחשב שאם נולדים לפחות 13 צאצאים וכולם נושאים את הטרנסגן, ההסתברות לגנוטיפ הטרוזיגוטי קטנה מאחד לאלף. אם אפילו חיה בודדת תתקבל ללא הטרנסגן, הגנוטיפ של ההורה יהיה כמעט בוודאות Tg/+. בדיקות סטטיסטיות מסוג זה חייבות להתבצע באופן עצמאי עבור כל חזקה Tg/Tg בעל חיים. פעם הומוזיגוטית Tg/Tg זכרים ונקבות אושרו, ניתן לזדווג אותם מחדש זה לזה כמייסדי זן טרנסגני הומוזיגוטי.

    גישה שנייה להדגמת הומוזיגוזיות טרנסגן דורשת שיבוט של רצף אנדוגני מהגנום של העכבר שמצדף את אתר החדרת הטרנסגן. משימה זו לרוב אינה פשוטה מכיוון שחומר מהונדס יכול להיות קיים במספר עותקים המעורבים עם רצפים אנדוגניים מסודרים מקומית. עם זאת, עם שיבוט של כל רצף אנדוגני סמוך, משיגים כלי מיפוי שבתיאוריה ניתן להשתמש בו כדי להבחין בין האללים המשובשים והלא מופרעים במקום הטרנסגני באמצעות אחת מהטכניקות השונות המתוארות בפרק 8 עבור גילוי פולימורפיזמים של DNA. עם כלי כזה, ומבחן משויך, הומוזיגוטיות לאלל הטרנסגני תודגם על ידי היעדר האלל מסוג פראי ללא הפרעה. למרבה הצער, גישה זו תצריך יצירת שיבוט אנדוגני נפרד עבור כל קו טרנסגני שייחקר. פרוטוקולים לאיתור אתר החדרת הטרנסגן בתוך מפת ההצמדה של העכבר נדונים בסעיף 7.3.2.

    6.4 מוטגנזה ממוקדת והחלפת גנים

    למרות שטכנולוגיית החדרת הטרנסגנים המתוארת בסעיף הקודם מספקת כלי רב עוצמה לניתוח פעולת הגן באורגניזם כולו, יש לה מגבלה רצינית אחת בכך שהיא אינה מספקת מנגנון לדור מכוון של אללים רצסיביים. ניתן להתגבר על מגבלה זו באמצעות טכנולוגיה הידועה באופן שונה כמיקוד גנים, מוטגנזה ממוקדת או החלפת גנים, נושא הקטע הזה. טכנולוגיה רבת עוצמה זו מאפשרת לחוקרים ליצור מוטציות מכוונות בכל לוקוס משובט. ניתן להעביר אללים מוטנטים חדשים אלה דרך קו הנבטים כדי לייצר מספר בלתי מוגבל של צאצאים מוטנטים, ואפשר לשלב מוטציות שונות עם וריאציות במקומות אחרים כדי ללמוד אינטראקציות גנטיות.

    הכלי האולטימטיבי הזה של הנדסה גנטית נולד באמצעות שילוב של מספר טכנולוגיות שהתפתחו באופן עצמאי במהלך 10 עד 20 השנים האחרונות, כולל תרבות תאי גזע עובריים ושילוב הומולוגי, עם מניפולציה של עוברי עכברים והיווצרות כימרה (Sedivy ו- Joyner, 1992 מספקים מצוין סקירה של כל ההיבטים של תחום זה). שתי מעבדות עצמאיות, בראשות אוליבר סמית'ס ומריו קפצ'י, הצליחו לבסוף להפגיש את כל הטכנולוגיות השונות הללו באמצע שנות השמונים (Capecchi, 1989 Smithies, 1993).

    אחת המשימות הטכנולוגיות למיקוד גנים, אף שהיא לא היחידה, היא היכולת ליצור מודלים של עכברים למחלות אנושיות מסוימות (Smithies, 1993). אבל, בעצם, מיקוד גנים יכול לספק לחוקרים כלים רבי עוצמה לחקור כל גן משובט.בעוד שדפוסים של ביטוי RNA וחלבונים מספקים רמזים לשלבים ולרקמות שבהם גנים פעילים, רק עם מוטציות ניתן להשיג הבנה אמיתית של התפקוד (Chisaka and Capecchi, 1991).

    לאחר שהרעיפו שבחים כאלה על מיקוד גנים, חשוב להזהיר מראש משתמשים פוטנציאליים של טכנולוגיה זו שהיישום שלה אינו חף מבעיות. ראשית, על החוקר להשיג רמה גבוהה של כשירות וניסיון עם מספר פרוטוקולים מובחנים ותובעניים מבחינה טכנית הדבר דורש השקעה משמעותית של זמן ואנרגיה. שנית, יש את האופי ההפכפך של הטכנולוגיה עצמה כפי שנדון להלן. אף על פי כן, קומץ המעבדות שהצליחו בתחילה למקד בהצלחה גנים התרחבו במהירות עם הכשרתם של חוקרים צעירים חדשים, והרחבה זו צפויה להמשיך הרבה יותר עם הפרסום האחרון של מספר כרכים מצוינים המכילים פרקים מפורטים על פרוטוקולי ניסוי (Joyner, 1993) Wassarman and DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994).

    6.4.2 יצירת ‘נוקאאוט של גנים’

    לאחר שיבוט ואופיין של גן מסוים, השלבים הכרוכים בהשגת עכבר עם א ריק ניתן לתאר בקצרה מוטציה בלוקוס המקביל כדלקמן. ראשית, יש לתכנן ולבנות וקטור מיקוד מתאים בו הגן המעניין נפרץ עם סמן חיובי לבחירה בפרוטוקול הנפוץ ביותר, מתווסף גם סמן לבחירה שלילי במיקום שמאגף את רצף הגנים. הסמן החיובי הניתן לבחירה הנפוץ ביותר הוא העמידות לניומיצין (ניאו) הגן, והסמן השלילי הניתן לבחירה הנפוץ ביותר הוא תימידין קינאז (tk) גן.

    השלב השני כולל הכנסת וקטור המיקוד לתרבות של העברי שתאי tem (ES) (נגזרים בדרך כלל מזן 129) ואחריהם סלקציה לאותם תאים שבהם הסמן החיובי החיובי הפנימי השתלב בגנום ללא הסמן השלילי הניתן לבחירה. השלב השלישי כולל סקר לשבטים ששילבו את הווקטור על ידי רקומבינציה הומולוגית ולא על ידי הרקומבינציה הלא-הומולוגית השכיחה יותר באתרים גנומיים אקראיים. לאחר זיהוי "שיבוטים ממוקדים", השלב הרביעי כולל ייצור של עוברים כימריים באמצעות הזרקה של תאי ES שעברו מוטציה לחלל הפנימי של בלסטוציסט (בדרך כלל של זן B6), והצבת עוברים כימריים אלה בחזרה לאמהות אומנות. שמביא אותם לידי קדנציה. לגישה חלופית שפותחה לאחרונה להיווצרות כימרה באמצעות אגרגציה ושילוב ספונטני של תאי ES בעוברים בשלב המחשוף יש את היתרון בכך שאינה דורשת ציוד מיקרו-הזרקה מתוחכם (Wood et al., 1993).

    הניסוי נחשב להצלחה אם תאי ה-ES יכנסו בהצלחה לקו הנבט של החיות הכימריות כפי שהוכח על ידי רבייה. אם הגן המשובש אכן מועבר דרך קו הנבט, הדור הראשון של צאצאים מהמייסד הכימרי יכלול בעלי חיים הטרוזיגוטיים שניתן להצליב ביניהם כדי לייצר דור שני עם פרטים הומוזיגוטים לגן שעבר מוטציה. כללי המינוח המשמשים לשם כל המוטציות החדשות שנוצרו מתוארים בסעיף 3.4.4.

    6.4.3 יצירת שינויים עדינים

    דור שני של אסטרטגיות רקומבינציה הומולוגיות פותחו כדי לאפשר מיקום של מוטציות קטנות ספציפיות לתוך לוקוס ללא נוכחות במקביל של סמנים ניתנים לבחירה תוך-גניים משבשים. היכולת ליצור שינויים עדינים בגן יכולה לספק לחוקר את הכלים הנדרשים לנתח את הפונקציה של תוצר גן בחומצה אמינית אחת בכל פעם. תוארו מספר גישות שונות כלפי מטרה זו. המבטיח מביניהם, הנקרא "hit and run" מבוסס על יצירת שורות תאים ES שעברו רקומבינציה הומולוגית עם וקטור מיקוד, ולאחר מכן בחירה לאירוע רקומבינציה תוך כרומוזומלית שמבטלת את הסמנים הניתנים לבחירה ומשאירה מאחור רק את המוטציה. צורת הגן (Joyner et al., 1989 Hasty et al., 1991 Valancius and Smithies, 1991 Fiering et al., 1993).

    למרבה הצער, בזמן כתיבת שורות אלה, ה פגע וברח הפרוטוקולים עדיין תובעניים ביותר ועם כל ניסוי, חוקר ישיג רק אלל מוטנטי בודד במוקד העניין. אסטרטגיה חלופית היא לחלק את הבעיה לשתי משימות נפרדות: (1) חיסול מוחלט של הגן בזן אחד על ידי רקומבינציה הומולוגית סטנדרטית, ו-(2) ייצור עצמאי של קו טרנסגני אחד או יותר המכילים גרסאות מוטנטיות שהשתנו בעדינות. של הגן. על ידי רבייה של קו הנוק-אאוט עם אחד מהקווים המהונדסים, אפשר ליצור שורה חדשה של בעלי חיים שבהם האלל המקורי מהסוג הפראי הוחלף (אם כי לא באותו אתר) באלל טרנסגני שעוצב במיוחד . ישנם מספר יתרונות לגישה זו. ראשית, המתודולוגיה הנדרשת לפשוט ביטול גן היא פשוטה יותר ומפותחת יותר בזמן כתיבת שורות אלה מאשר מתודולוגיית הפגע וברח. שנית, מיקוד גנים בתאי ES דורש הרבה יותר זמן ומאמץ מאשר ייצור של עכברים מהונדסים על ידי הזרקה גרעינית. לפיכך, כאשר חוקר מעוניין ללמוד מגוון אללים במיקום מסוים, יהיה הרבה יותר קל ליצור שורה אחת של עכברים על ידי מיקוד גנים ולאחר מכן לגדל אותו לקווים מהונדסים שונים. החיסרון הפוטנציאלי היחיד בגישה זו הוא שמבנה הטרנסגן עשוי שלא להיות מווסת כראוי ודפוסי ביטוי מדויקים עשויים שלא להתרחש בבעל החיים, אפילו כאשר הטרנסגן מקושר למקדם/משפר משלו.

    גם כאשר מעבדה שלטה בכל הפרוטוקולים הנדרשים לביצוע מיקוד גנים, ההבדל בין הצלחה לכישלון עדיין יכול להיות עניין של מזל. חלק מאתרי ה- DNA נראים אטומים מאוד לקומבינציה הומולוגית, בעוד שאתרים במרחק קילומטרים ספורים משם עשויים להיות פתוחים הרבה יותר לאינטגרציה. אבל אפילו באותו אתר, התדירות של אירועי רקומבינציה הומולוגיים לעומת לא הומולוגיים יכולה להשתנות בפקטור של עשרה מיום אחד למשנהו (Snouwaert et al., 1992).

    בזמן כתיבת שורות אלה, רבים מהגורמים האחראים להצלחה אינם ידועים. עם זאת, גורם קריטי אחד שהתגלה לאחרונה הוא הצורך להשתמש ב-DNA מקור עבור מבנה המיקוד ששובט מאותו זן של עכברים המשמש לגזירת שורת התאים ES שלתוכו יוכנס המבנה (van Deursen). ווירהינגה, 1992). במילים אחרות, הרמות הגבוהות ביותר של החלפת גנים מתקבלות כאשר ה-DNA הנכנס הוא איזוגני עם DNA המטרה. ככל הנראה, תהליך הרקומבינציה ההומולוגית רגיש מאוד לפולימורפיזמים של נוקלאוטידים נדירים שסביר להניח להבחין בין זנים מיובאים שונים זה מזה. ברוב המקרים כיום, שורות תאי ES נגזרו מזן העכברים 129/SvJ (אך ראו תת-סעיף 6.4.5 להלן), ולכן בדרך כלל נבון לבנות מבני DNA עם שיבוטים המתקבלים מ-129 ספריות גנומיות.

    לעכבר 129/SvJ המקורי, וזה שעדיין זמין ממעבדת ג'קסון, יש צבע פרווה לבן שנגרם על ידי הומוזיגוסטיות לדילול העין הוורודה (ע'מוטציה והטרוזיגוסיות כפויה לצ'ינצ'ילה (ג ch ) ולבקן (ג) אללים במוקד הלבקן המקושר (cch p/c p). לעומת זאת, "עכבר 129" המשמש כמקור לרוב שורות תאי ES המשמשות לרקומבינציה הומולוגית הוא בעל צבע פרווה מסוג אגוטי. מה הבסיס להבדל הזה?

    התשובה היא תשובה היסטורית המתמקדת בעבודתו של לירוי סטיבנס, גנטיקאי סרטן, כעת בדימוס, שעבד במעבדת ג'קסון. סטיבנס הבחין כי זן 129/SvJ היה ייחודי בהתרחשות של טרטומות אשכים ספונטניות בשיעור גבוה יוצא דופן של 3 עד 5% בחיות זכר. כאמצעי להבנה טובה יותר של הפרמטרים הגנטיים האחראים לשכיחות הגידול, סטיבנס יצא לקבוע אם כל אחת ממגוון מוטציות לוקוס בודד המאופיינות היטב המשפיעות על שכיחות הגידול או התמיינות תאי נבט תיצור אינטראקציה עם הגנום 129 באופן שיגדיל את או להפחית את התדירות הטבעית של היווצרות גידול בזן זה. אחת המוטציות שבדק הייתה פלדה (Sl), הממלא תפקיד חשוב בהתמיינות של תאי נבט וכן מלנוציטים ותאים המטופואטיים. ה Sl המוטציה מבטאת פנוטיפ דומיננטי גלוי — הבהרת צבע הפרווה השחור הרגיל של אגוטי כך שיש לו מראה "steely", והפחתת פיגמנט בחצי המרוחק של הזנב. למרבה הצער, אי אפשר לראות את השינוי הפנוטיפי הזה ב- cch p/c p מעיל של עכברים 129/SvJ שכבר יש להם אובדן כמעט מוחלט של ייצור פיגמנט. לפיכך, לעקוב אחר ההצלבה האחורית של Sl על 129/SvJ, היה צורך להחליף את האללים המוטנטים ב- ג ו ע לוקוסים עם אללים מסוג פרא. זה 129/Sv- משולש קונגניSl/+ , + ג + ע קו המיוצר על ידי סטיבנס ששימש כמייסד של כל & quot129 עכברים & quot שהיו בשימוש בעבודת תאי ES.

    6.5 שימושים נוספים בטכנולוגיות טרנסגניות

    6.5.1 מוטגנזה הוספה ולכידת גנים

    כפי שצוין מוקדם יותר בפרק זה, תוצר לוואי אחד של ניסויים טרנסגניים רבים הוא יצירת עכברים שבהם החדרת טרנסגן שיבשה גן אנדוגני עם השפעה על הפנוטיפ. שלא כמו מוטציות ספונטניות או מוטציות הנגרמות על ידי מוטגן, "מוטציות הוספה" מסוג זה ניתנות ישירות לניתוח מולקולרי מכיוון שהמקום המשובש מתויג עם המבנה הטרנסגן. מוטציות החדרה בלתי צפויות סיפקו ידיות מולקולריות מיידיות לא רק ללוקוסים חדשים ומעניינים אלא גם ללוקוסים קלאסיים, שלא שובטו קודם לכן (Meisler, 1992).

    כאשר מוטגנזה של החדרה, במקום ניתוח של מבנה טרנסגן מסוים, היא המטרה של ניסוי, אפשר להשתמש בפרוטוקולים ניסויים חלופיים המכוונים ישירות לשיבוש גנים. האסטרטגיות העיקריות הנמצאות כיום בשימוש מבוססות על הכנסת תאי ES של מבני כתבי בטא-גלקטוסידאז שחסרים מקדם (Gossler et al., 1989 Friedrich and Soriano, 1991) או שהם מופרעים על ידי אינטרון (קרמר ואריקסון, 1981 ). ניתן להציג את המבנים על ידי טרנספקציה של DNA או בהקשר של רטרו-וירוס (Robertson, 1991). רק כאשר מבנה משתלב בגן העובר פעילות שעתוק, נוצר בטא-גלקטוזידאז פונקציונלי, וניתן לזהות בקלות תאים מייצרים על ידי בדיקת צבע. כמובן, ייצור & quotbeta-gal & quot יהיה בדרך כלל אומר שלא ניתן לייצר את התקן הנורמלי של הגן המופרע, ולכן פרוטוקול זה מספק אמצעי לבידוד ישיר של תאי ES עם מוטציות מתויגות בגנים המתפקדים בתאים עובריים. ניתן לשלב תאים מוטנטים בעוברים כימריים לייצור אולטימטיבי של בעלי חיים מוטנטים הומוזיגוטים שיציגו את הפנוטיפ הנגרם מהיעדר הלוקוס המשובש. כל הטכנולוגיה הזו, המכונה "לכידת גנים" (Joyner et al., 1992), עדיפה בבירור על שיטות מסורתיות לייצור מוטציות בלוקוסים חדשים המשתמשים במוטגנים כימיים או בהקרנה.

    6.5.2 מסד נתונים ומאגר של עכברים מהונדסים גנטית

    בסיס נתונים ממוחשב (הנקרא TBASE) פותח כדי לעזור לחוקרים לקטלג את הזנים שהם מייצרים ולמצוא זנים בעלי פוטנציאל שימושי המיוצרים על ידי אחרים (Woychik et al., 1993). מסד הנתונים זמין דרך האינטרנט דרך שרת Gopher Biology החישובית של ג'ונס הופקינס ומקושר למאגרי המידע המקוונים של העכברים המתוחזקים על ידי קבוצת Jackson Laboratory Informatics.

    למרות שטכנולוגיית החלפת הגנים הופעלה בהצלחה על ידי יותר ויותר מעבדות, זה עדיין המצב, וסביר שיישאר כך, שכמות עצומה של זמן ומאמץ מושקעים בייצור של כל זן עכברים שהונדס לאחרונה. ברור שזה לא הגיוני להפיק זנים עם אותו תחליף גן יותר מפעם אחת. עם זאת, עם העלויות הגבוהות של טיפול ותחזוקה של בעלי חיים, לעתים קרובות קשה לחוקרים לשמור על זנים שהם כבר לא משתמשים בהם באופן פעיל. יתר על כן, מושבות מחקר אינדיבידואליות רבות מזוהמות בווירוסים שונים, וככאלה, מתקנים נטולי וירוסים אינם ששים לייבא עכברים מכל מקום אחר מלבד סוחרים בעלי מוניטין. מעבדת ג'קסון הגיעה לאחרונה לעזרה על ידי הקמת מסלקה כדי לשמר את מה שסביר שיהיה השימושי ביותר מבין הזנים הללו עבור חברים אחרים בקהילת המחקר העולמית. בפעם הראשונה, JAX תייבא עכברים ממספר גדול של חוקרים בודדים. כל זן ייגזר מחדש בניתוח קיסרי למתקן מחסום נטול חיידקים, ויהיה זמין תמורת מחיר סמלי, ללא הגבלה ניסיונית, לכל חברי קהילת המחקר.

    עם הטכנולוגיות השונות שפותחו כעת כדי לתמרן את הגנום של תאים עובריים בשילוב עם כלים מולקולריים מתוחכמים יותר ויותר, ניתן לקבוע ללא הגזמה כי השמיים הם הגבול למה שניתן להשיג עם העכבר כמערכת גנטית מודל. . תמיד אי אפשר לחזות מה צופן העתיד, אבל אפשר לדמיין שימוש הן בטכנולוגיות הוספת גנים והן בטכנולוגיות החלפת גנים ככלים שגרתיים להערכת הפונקציות של מקטעים עוקבים של DNA המתקבלים מהליכה לאורך כל עכבר וכרומוזום אנושי. עם דיווחים אחרונים על הצלחה בהכנסת מולקולות DNA שלמות בגודל YAC באורך של 250 קילו־בייט או יותר לשושלת החיות של בעלי חיים מהונדסים, יהיה אפשרי לנתח נתחי DNA גדולים אף יותר לנוכחות אלמנטים גנטיים מעניינים (Jakobovits et al. ., 1993 Schedl et al., 1993). למעשה, רק בניסויים מסוג זה ניתן יהיה לחשוף לחלוטין את כל המסלולים דרכם מווסת גן, ואת כל המסלולים שדרכם עשוי מוצר גן לתפקד. כשם שחקר הנוירונים בבידוד אינו יכול לספק רמז לתודעה האנושית, מחקר של גנים בודדים מחוץ לבעלי החיים כולו אינו יכול לספק רמז לרשת האינטראקציות הנדרשות לצמיחה והתפתחות של עכבר שלם או אדם.


    נצחון חיים חדש

    יש אומרים שלא, שיבוט הוא משחק אלוהים ויגמר רע. בחירה טבעית פירושה שהחזקים שורדים והחלשים מתים. שיבוט מפריע לתהליך זה ולא יעבוד. גם אם נשכפל בהצלחה בעלי חיים שנכחדו או נמצאים בסכנת הכחדה, הם לא ישרדו בטבע. ואם כן, הם ישבשו מערכות אקולוגיות קיימות ויסכנו מינים אחרים.

    אחרים אומרים שכן, אין לנו רק חובה לעשות את זה: הפלנטה שלנו תלויה בהיפוך קצב ההכחדה. בני אדם הרסו את בתי הגידול והרגו אלפי מינים. ככל שהמגוון הביולוגי יורד, המינים הנותרים הופכים לפגיעים עוד יותר למחלות, אסונות סביבתיים ושינויי אקלים. על ידי גיוון מאגר הגנים, שיבוט עשוי להגן על עתיד החיים על פני כדור הארץ.